KR20230070537A - Apparatus and method for extracting energy from a fluid - Google Patents

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웨이브 스웰 에너지 리미티드
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Abstract

파랑과 같은 진동 작동 유체로부터 에너지를 추출하기 위한 장치 및 방법이 개시된다. 본 장치(10)는 작동 유체를 위한 유로(40), 터빈(44) 및 흐름 제어 장치(38)를 포함하고 있으며, 터빈(44)과 흐름 제어 장치(38) 각각은 유로(40)와 직접 유체 연통되어 있고, 여기서 사용시, 흐름 제어 장치(38)는 흐름 제어 장치(38)가 개방되어 공기와 같은 작동 유체의 흐름이 흐름 제어 장치를 통하여 유로(40)를 나가는 것을 허용하는 제1 구성과 흐름 제어 장치(38)가 흐름 제어 장치를 통한 작동 유체의 흐름을 제한하는 제2 구성 사이에서 선택적으로 이동 가능하다. 이러한 예에서, 작동 유체는 그후 전기를 생성하기 위하여 이용될 수 있는 터빈(44)을 통하여 유로(40)로 들어가야 한다.An apparatus and method for extracting energy from a vibrating working fluid such as blue is disclosed. The device 10 includes a flow path 40 for a working fluid, a turbine 44 and a flow control device 38, each of the turbine 44 and flow control device 38 directly connected to the flow path 40. In fluid communication, and in use herein, the flow control device 38 comprises a first configuration in which the flow control device 38 is opened to allow a flow of a working fluid, such as air, to exit the flow path 40 through the flow control device. The flow control device 38 is selectively moveable between a second configuration that restricts the flow of working fluid through the flow control device. In this example, the working fluid must then enter the flow path 40 through the turbine 44 where it can be used to generate electricity.

Description

유체로부터 에너지를 추출하기 위한 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR EXTRACTING ENERGY FROM A FLUID}APPARATUS AND METHOD FOR EXTRACTING ENERGY FROM A FLUID

본 발명은 일반적으로 에너지 생성에 관한 것으로서, 특히 배타적인 것은 아니지만, 파랑 에너지 추출 시스템을 이용하는 에너지 생성에 관한 것이다. 본 발명은 장치의 설계뿐만 아니라 이러한 장치로부터의 에너지의 포획을 최적화하기 위한 방법과 관련이 있다.The present invention relates generally to energy generation, and in particular, but not exclusively, to energy generation using a wave energy extraction system. The present invention relates to the design of devices as well as methods for optimizing the capture of energy from such devices.

많은 유형의 파력 발전 시스템이 본 기술 분야에 제안되고 있다. 이러한 시스템은 파도의 움직임을 이용하여 터빈의 회전 운동을 야기하고 발전기를 구동시켜 전기를 생산하는 원리를 기반으로 한다. 공지된 파력 발전 시스템은 터빈에 연결된 진동수주(oscillating water columns; OWC)를 수용하기 위해 하나 이상의 유체 흐름 덕트를 사용한다. 이러한 시스템에서, 안쪽 및 바깥쪽으로 향하는 파도 흐름에 의하여 야기된 OWC 내에서의 파도의 진동 움직임의 결과로서, 덕트 내에서의 공기의 변위에 야기된 공기 흐름 조건 반전이 빈번하게 존재한다. 이 터빈은 흔히, 구성이 복잡하고 제조하기 위한 비용이 비싸며 오랜 기간에 걸쳐 가혹한 환경 조건(염수, 큰 또는 예측 불가능한 힘을 가져오는 높거나 거친 바다)을 견딜 수 없다는 단점을 갖고 있다. 많은 이 종래의 시스템은 양방향 터빈에서 OWC의 움직임을 회전 기계 에너지로 변환시킬 때의 손실로 인하여 낮은 효율로 작동한다.Many types of wave power systems have been proposed in the art. These systems are based on the principle of generating electricity by using the movement of waves to cause rotational motion of a turbine and drive a generator. Known wave power systems use one or more fluid flow ducts to house oscillating water columns (OWCs) connected to turbines. In such systems, as a result of the oscillatory motion of the waves within the OWC caused by the inward and outward directed wave flow, there is frequently an airflow condition reversal caused by the displacement of air within the duct. These turbines often have the disadvantages of being complex in construction, expensive to manufacture, and unable to withstand harsh environmental conditions (salt water, high or rough seas resulting in large or unpredictable forces) over long periods of time. Many of these conventional systems operate at low efficiencies due to losses in converting the motion of the OWC into rotating mechanical energy in a bidirectional turbine.

효율적인 방식으로 OWC로부터 에너지를 포착할 수 있으며 이러한 작업을 수행하는 비용을 낮출 수 있는 개선된 시스템 설계의 필요성이 있다.There is a need for improved system designs that can capture energy from OWCs in an efficient manner and lower the cost of doing this.

제1 양태에서, 진동 작동 유체로부터 에너지를 추출하기 위한 장치에 관한 실시예가 개시되어 있으며, 본 장치는 작동 유체를 위한 유로 및 유로와 각각 직접 유체 연통되어 있는 터빈과 흐름 제어 장치를 포함하고, 사용시, 흐름 제어 장치는 흐름 제어 장치가 개방되어 작동 유체의 흐름이 흐름 제어 장치를 통하여 유로를 나가는 것을 허용하는 제1 구성과 흐름 제어 장치가 흐름 제어 장치를 통한 작동 유체의 흐름을 제한하여 작동 유체가 터빈을 통하여 유로로 들어가는 제2 구성 사이에서 선택적으로 이동 가능하다. In a first aspect, an embodiment of a device for extracting energy from a vibrating working fluid is disclosed, the device comprising a flow path for a working fluid, a turbine in direct fluid communication with the flow path, and a flow control device, respectively, wherein, in use, , The flow control device has a first configuration in which the flow control device is opened to allow the flow of the working fluid to exit the flow path through the flow control device, and the flow control device restricts the flow of the working fluid through the flow control device so that the working fluid It is selectively movable between the second configuration entering the flow path through the turbine.

특정 실시예에서, 흐름 제어 장치는 진동 작동 유체의 압력 및/또는 흐름 방향의 변화에 응답하여 유로에 대한 접근 구성을 변화시킨다.In certain embodiments, the flow control device changes the configuration of access to the flow path in response to changes in pressure and/or flow direction of the vibrating working fluid.

특정 실시예에서, 흐름 제어 장치는 제2 구성에서 터빈을 통해서만 작동 유체의 흐름을 용이하게 하기 위하여 완전히 폐쇄 가능한다.In certain embodiments, the flow control device is completely closable to facilitate the flow of working fluid only through the turbine in the second configuration.

특정 실시예에서, 흐름 제어 장치에는 제어 메커니즘이 장착되어 있어 제1 구성과 제2 구성 사이에서 그의 이동을 제어한다. 이의 한 형태에서, 흐름 제어 장치는 제어 메커니즘에 의하여 이동 가능하여 작동 유체의 흐름에 대하여 개방 및 폐쇄되는 요소를 갖고 있다. 이의 특정 형태에서, 상기 요소는 힌지식으로, 슬라이딩 가능하게 또는 회전 가능하게 이동 가능한 것 중 하나이며, 흐름 제어 장치의 횡단면 개방 통로를 덮는 형상이다.In certain embodiments, the flow control device is equipped with a control mechanism to control its movement between the first configuration and the second configuration. In one form thereof, the flow control device has an element that is movable by a control mechanism to open and close to the flow of a working fluid. In its particular form, the element is either hinged, slidably or rotatably movable and shaped to cover the cross-sectional open passage of the flow control device.

특정 실시예에서, 흐름 제어 장치는 버터플라이 밸브 또는 체크 밸브 중 하나이다.In certain embodiments, the flow control device is either a butterfly valve or a check valve.

특정 실시예에서, 터빈은 중앙 허브를 포함하는 로터 및 허브의 주변부 주위에 배열되고 주변부로부터 연장된 다수의 블레이드를 포함하며, 로터는 유로에 연결된 하우징 내에 배치되어 있고, 그에 의하여 블레이드의 형상 및 허브에 관한 그의 방향은 하우징을 통한 작동 유체의 단방향의 축 방향 흐름에 응답하여 터빈 로터의 단방향 회전을 용이하게 한다. 이의 한 형태에서, 발전기는 터빈에 의한 회전을 위하여 구성되어 전기 에너지를 생성한다. 한 특정 실시예에서, 구동 샤프트는 그의 근위 말단에서 허브에 연결되어 있으며, 그의 원위 말단에서 발전기에 연결되어 있다. In certain embodiments, a turbine includes a rotor including a central hub and a plurality of blades arranged around and extending from the periphery of the hub, the rotor being disposed in a housing connected to a flow path, whereby the shape of the blades and the hub Its orientation with respect to s facilitates one-way rotation of the turbine rotor in response to a one-way, axial flow of working fluid through the housing. In one form thereof, the generator is configured for rotation by a turbine to produce electrical energy. In one particular embodiment, the drive shaft is connected at its proximal end to a hub and at its distal end to a generator.

특정 실시예에서, 작동 유체는 공기이며, 공기의 흐름은 유로와 유체 연통되고 덕트 내에 위치된 진동수주의 진동에 의하여 생성된다.In certain embodiments, the working fluid is air, and the flow of air is created by vibration of a frequency column located in the duct and in fluid communication with the flow path.

특정 실시예에서, 덕트는 (a) 사용시 덕트가 위치되는 수역의 평균 수면(MSL; mean surface level) 아래에 실질적으로 잠기도록 배열되어 있으며, 수역으로부터의 밀려오는 파도를 수용하기 위하여 배열된 개구를 갖고 있는 제1부분, 및 (b) 제1 부분에 매달려 있으며, 사용시 MSL 위로 연장되도록 배열되고, 파도가 제1 부분을 통하여 흐른 후 밀려오는 파도로부터의 물을 수용하기 위한 제2 부분을 포함하며, 유로는 파도가 제1 부분을 통하여 흐른 후 밀려오는 파도로부터 수용된 물의 최대 수위 위로 연장되는 제 2 부분의 영역에 의하여 한정된다.In certain embodiments, the duct (a) is arranged such that, in use, it is substantially submerged below the mean surface level (MSL) of the body of water in which the duct is positioned, and has an opening arranged to receive surf from the body of water. (b) a second portion suspended from the first portion and arranged to extend above the MSL when in use, for receiving water from the surf after the wave has flowed through the first portion; , the flow path is defined by the area of the second portion extending above the maximum level of water received from the surf after the wave has flowed through the first portion.

이의 한 형태에서, 덕트의 제1 및 제2 부분은 제1 및 제2 부분 중간의 흐름 방향 제어 세그먼트를 통하여 연결되어 있으며, 흐름 방향 제어 세그먼트는 제1 및 제2 부분의 접합부에 배열되고 제1 및 제2 부분 사이에서 연장된 평면형 경사 부분에 의하여 한정된다.In one form thereof, the first and second parts of the duct are connected via a flow direction control segment intermediate the first and second parts, the flow direction control segment being arranged at the junction of the first and second parts and the first and a planar inclined portion extending between the second portion.

한 특정 실시예에서, 덕트의 제1 및 제2 부분은 대체로 세장형 도관이며, 제1 부분은 제2 부분의 횡단면적보다 큰 횡단면적을 갖고 있다. 이의 한 형태에서, 제1 부분의 개구에서의 횡단면적은 제1 부분의 나머지 부분보다 큰 횡단면적이며, 유역에서 도관으로의 밀려오는 파도의 흐름을 가속하기 위하여 도관은 개구에서의 외부 진입 마우스 영역으로부터 제2 부분을 향하는 방향으로 이동할 때 횡단면적이 줄어든다. 한 특정 실시예에서, 수역으로부터 덕트 내로의 밀려오는 파도의 더 큰 흐름을 포획하기 위하여, 제1 부분의 외부 진입 마우스 영역은 사용시 덕트가 위치된 수역의 MSL 위로 연장되도록 배열되어 있다.In one particular embodiment, the first and second portions of the duct are generally elongate conduits, the first portion having a greater cross-sectional area than the second portion. In one form thereof, the cross-sectional area at the opening of the first portion is a greater cross-sectional area than the rest of the first portion, and the conduit is provided outside the entry mouse area at the opening to accelerate the flow of the surf from the basin to the conduit. The cross-sectional area decreases when moving in a direction from to the second part. In one particular embodiment, in order to catch the larger flow of the surf from the body of water into the duct, the outer entry mouth area of the first portion is arranged to, in use, extend above the MSL of the body of water in which the duct is located.

특정 실시예에서, 덕트는 덕트가 배치된 수역의 해저 상에 놓이도록 작동 가능하다. In certain embodiments, the duct is operable to lie on the seabed of the body of water in which the duct is placed.

제2 양태에서, 파랑 에너지 추출 시스템의 실시예가 개시되며, 본 시스템은, (a) 진동수주를 수용하기 위한 것으로서, (i) 사용시 덕트가 위치되는 수역의 평균 수면(MSL) 아래에 실질적으로 잠기도록 배열되어 있으며, 수역으로부터의 밀려오는 파도를 수용하기 위하여 배열된 개구를 갖고 있는 제1부분, 및 (ⅱ) 제1 부분에 매달려 있고 사용시 MSL 위에서 연장되도록 배열되며, 파도가 제1 부분을 통하여 흐른 후 밀려오는 파도로부터의 물을 수용하기 위한 제2 부분을 포함하며, 따라서 사용시 안으로 그리고 밖으로의 물의 반복 이동의 결과로서 진동수주가 내부에 구축되며, 밖으로의 물의 흐름이 또한 개구를 통해서, 그러나 밀려오는 파도의 방향과 반대의 방향으로 이루어지는, 덕트; (b) 덕트의 제2 부분 내에 위치된 유로와 직접 유체 연통된 회전 가능한 공기 터빈; 및 (c) 유로와 또한 직접 유체 연통된 적어도 하나의 흐름 제어 장치를 포함하며, 흐름 제어 장치는 사용시, 장치가 개방되어 진동수주가 덕트의 제2 부분 내로 수용될 때 변위 공기의 흐름이 유로를 나가는 것을 허용하는 제1 구성과 장치가 제2 부분으로 흐르는 공기를 제한하는 제2 구성 사이를 이동하도록 배열되며, 그 결과 진동수주가 덕트에서 상기 반대 방향으로 흘러나옴에 따라 공기의 흐름은 회전 가능한 공기 터빈을 통하여 유로 내로 다시 흡인된다.In a second aspect, an embodiment of a wave energy extraction system is disclosed, the system comprising: (a) for receiving a frequency column, wherein (i) in use is substantially submerged below the Mean Water Level (MSL) of the body of water in which the duct is located; (ii) a first portion suspended from the first portion and arranged to extend above the MSL when in use, wherein the first portion is suspended from the first portion and has openings arranged to receive incoming waves from the body of water, wherein the waves pass through the first portion; It includes a second part for receiving the water from the surf after flowing, so that in use the frequency column is built inside as a result of the repeated movement of the water in and out, and the flow of the water out is also through the opening, but pushed A duct formed in the direction opposite to the direction of the incoming wave; (b) a rotatable air turbine in direct fluid communication with a flow path located within the second portion of the duct; and (c) at least one flow control device also in direct fluid communication with the flow passage, wherein the flow control device, in use, causes a flow of displaced air to exit the flow passage when the device is opened and the frequency column is received into the second portion of the duct. The device is arranged to move between a first configuration allowing air to flow to the second section and a second configuration restricting air flow to the second section, so that as the frequency column flows out of the duct in the opposite direction, the flow of air is directed to a rotatable air turbine. is sucked back into the passage through the

특정 실시예에서, 흐름 제어 장치는 진동 작동 유체의 압력 및/또는 흐름 방향의 변화에 응답하여 제2 부분에 대한 접근 구성을 변화시킨다.In certain embodiments, the flow control device changes the configuration of access to the second portion in response to changes in pressure and/or flow direction of the vibrating working fluid.

특정 실시예에서, 시스템은 터빈에 의한 회전을 위하여 구성되어 전기 에너지를 생성하는 발전기를 더 포함하고 있다. 이의 한 형태에서, 터빈은 중앙 허브를 포함하는 로터 및 허브의 주변부 주위에 배열되고 주변부로부터 연장된 다수의 블레이드를 포함하고, 로터는 제2 부분에 연결된 유로 내에 배치되며, 그에 의하여 블레이드의 형상 및 허브에 관한 그의 방향은 유로를 통한 제2 부분으로의 축 방향 공기 흐름에 응답하여 터빈 로터의 단방향 회전을 용이하게 한다. 이의 한 특정 형태에서, 구동 샤프트는 그의 근위 말단에서 허브에 연결되어 있으며, 그의 원위 말단에서 발전기에 연결되어 있다.In certain embodiments, the system further includes a generator configured for rotation by the turbine to generate electrical energy. In one form thereof, the turbine includes a rotor including a central hub and a plurality of blades arranged around and extending from the periphery of the hub, the rotor being disposed in a flow path connected to the second portion, whereby the shape and shape of the blades and Its orientation relative to the hub facilitates one-way rotation of the turbine rotor in response to axial airflow through the flow passage to the second portion. In one particular form thereof, the drive shaft is connected at its proximal end to a hub and at its distal end to a generator.

특정 실시예에서, 사용시 진동수주의 빈도는 제1 및 제2 구성 사이에서의 하나 이상의 흐름 제어 장치(들)의 선택적인 이동에 의하여, MSL 위로 연장되는 제2 부분의 표면적의 비율로서의 흐름 제어 장치(들)의 횡단면적을 변경함으로써 달라질 수 있다. 이의 한 형태에서, MSL 위로 연장되는 제2 부분의 표면적의 비율로서의 흐름 제어 장치(들)의 횡단면적은 15% 미만으로 정해져 있다. 이의 특정 형태에서, 상기 비율은 10% 미만이 되도록 정해져 있다.In certain embodiments, the frequency of the frequency column in use is determined by selective movement of the one or more flow control device(s) between the first and second configurations of the flow control device as a percentage of the surface area of the second portion extending over the MSL ( ) can be varied by changing the cross-sectional area of In one form thereof, the cross-sectional area of the flow control device(s) as a percentage of the surface area of the second portion extending over the MSL is set at less than 15%. In a particular form thereof, the proportion is set to be less than 10%.

특정 실시예에서, 제2 양태의 시스템은 제1 양태에서 한정된 바와 같은 장치를 포함한다.In certain embodiments, the system of the second aspect includes an apparatus as defined in the first aspect.

제3 태양에서, 진동수주와 유체 연통하는 수역으로부터의 밀려오는 그리고 빠져나가는 파도의 빈도에 실질적으로 대응하도록 진동수주 내에서의 물의 이동의 빈도를 제어하는 방법의 실시예가 개시되며, 본 방법은 In a third aspect, an embodiment of a method for controlling the frequency of movement of water within a frequency column to substantially correspond to the frequency of incoming and outgoing waves from a body of water in fluid communication with the frequency column is disclosed, the method comprising:

a. 진동수주를 수용하기 위하여 덕트를 배열하는 단계, 여기서 덕트는 (i) 사용시 위치되는 수역의 평균 수면(MSL) 아래에 실질적으로 잠기도록 배열되어 있으며, 수역으로부터의 밀려오는 파도를 수용하기 위하여 배열된 개구를 갖고 있는 제1부분, 및 (ⅱ) 제1 부분에 매달려 있고 사용시 MSL 위에서 연장되도록 배열되며, 파도가 제1 부분을 통하여 흐른 후 밀려오는 파도로부터의 물을 수용하기 위한 제2 부분을 포함하며, 따라서 사용시 덕트 안으로 그리고 밖으로의 물의 반복 이동의 결과로서 진동수주가 덕트 내에 구축되며, 덕트 밖으로의 물의 흐름이 또한 개구를 통해서, 그러나 밀려오는 파도의 방향과 반대의 방향으로 이루어지며; 및a. arranging a duct to receive a vibrating water column, wherein the duct is (i) arranged to be substantially submerged below the Mean Water Level (MSL) of a body of water in which it is located in use, and arranged to receive surging waves from the body of water. (ii) a first portion having an opening, and (ii) a second portion suspended from the first portion and arranged to extend above the MSL when in use, for receiving water from the surf after the wave has flowed through the first portion. Thus, in use, a frequency column is built up in the duct as a result of the repeated movement of water into and out of the duct, and the flow of water out of the duct is also through the opening, but in a direction opposite to that of the surf; and

b. MSL 위로 연장되는 덕트의 제2 부분의 내부에서 유로와 직접 유체 연통되는 적어도 하나의 흐름 제어 장치의 구성을 변화시키는 단계를 포함하며, 장치(들)는 사용시, 장치가 개방되어 진동수주가 덕트의 내로 수용되고 있을 때 변위 공기의 흐름이 유로를 나가는 것을 허용하는 제1 구성과 장치가 장치를 통하여 제2 부분 내의 유로로 흐르는 공기를 제한하는 제2 구성 사이를 이동하도록 배열되며, 따라서 덕트로 유입되고 덕트에서 흘러나오는 진동수주의 빈도가 수역으로부터의 밀려오는 그리고 빠져나가는 파도의 빈도와 실질적으로 대응한다.b. changing the configuration of at least one flow control device in direct fluid communication with the flow path inside the second portion of the duct extending over the MSL, wherein, when the device(s) are in use, the device is open so that the frequency wave flows into the duct. The device is arranged to move between a first configuration allowing flow of displacement air to exit the flow passage when received and a second configuration restricting air flowing through the device to the flow passage in the second portion, thus entering the duct and The frequency of the oscillation column flowing out of the duct substantially corresponds to the frequency of the incoming and outgoing waves from the body of water.

특정 실시예에서, 본 방법은 밀려오는 그리고 빠져나가는 파도의 빈도 변화에 응답하여 적어도 하나의 흐름 제어 장치(들)의 구성을, 제어 메커니즘을 이용하여 연속적으로 조정하는 단계를 더 포함하고 있다. 이의 한 형태에서, 사용시 제어 메커니즘은 흐름 제어 장치(들) 중 하나 이상을 제1 구성과 제2 구성 사이에서 선택적으로 이동시킨다. In certain embodiments, the method further includes using the control mechanism to continuously adjust the configuration of the at least one flow control device(s) in response to changes in the frequency of incoming and outgoing waves. In one aspect thereof, in use, the control mechanism selectively moves one or more of the flow control device(s) between a first configuration and a second configuration.

특정 실시예에서, 제3 양태의 덕트, 흐름 제어 장치 및 제어 메커니즘은 제1 양태에서 한정된 바와 같다. In certain embodiments, the duct, flow control device, and control mechanism of the third aspect are as defined in the first aspect.

제4양태에서, 진동수주를 수용하기 위한 덕트의 실시예가 개시되며, 본 덕트는 (a) 사용시 덕트가 위치되는 수역의 평균 수면(MSL) 아래에 실질적으로 잠기도록 배열되어 있으며, 수역으로부터의 밀려오는 파도를 수용하기 위하여 배열된 개구를 갖고 있는 도관을 포함하는 제1부분, 및 (b) 제1 부분에 매달려 있고 사용시 MSL 위로 연장되도록 배열된 다른 도관을 더 포함하고 파도가 제1 부분을 통하여 흐른 후 밀려오는 파도로부터의 물을 수용하기 위한 제2 부분을 포함하며, 여기서 수역으로부터 덕트로의 밀려오는 파도의 더 큰 흐름을 포획하기 위하여, 제1 부분의 개구에서의 진입 마우스는 사용시 덕트가 위치되는 수역의 MSL 위로 부분적으로 연장되도록 배열되어 있다.In a fourth aspect, an embodiment of a duct for accommodating a frequency column is disclosed, the duct being arranged so as to (a) in use be substantially submerged below the mean water level (MSL) of the body of water in which the duct is positioned, and pushed away from the body of water. a first portion comprising a conduit having openings arranged to receive incoming waves, and (b) further comprising another conduit suspended from the first portion and arranged to extend above the MSL when in use, wherein the waves pass through the first portion. and a second part for receiving the water from the surf after flowing, wherein in order to catch the larger flow of the surf from the body of water to the duct, an entry mouse at the opening of the first part is used so that the duct is It is arranged to extend partially above the MSL of the body of water in which it is located.

특정 실시예에서, 제1 부분은 개구에서 제1 부분의 나머지 부분보다 큰 횡단면적을 갖고 있으며, 유역에서 덕트로의 밀려오는 파도의 흐름을 가속하기 위하여, 도관은 개구에서의 진입 마우스 영역에서 제2 부분을 향하는 방향으로 이동할 때 횡단면적이 줄어든다. 이의 한 형태에서, 제1 부분의 진입 마우스의 최상부와 최외측 영역은 사용시 수역의 MSL 위로 부분적으로 연장되도록 배열되어 있다. 한 특정 형태에서, 제1 부분의 최상부 표면은 개구에서의 진입 마우스로부터 제2 부분을 향하는 방향으로 이동할 때 하향 경사져 있다. In certain embodiments, the first portion has a larger cross-sectional area at the opening than the remainder of the first portion, and the conduit is provided at the entry mouse area at the opening to accelerate the flow of the surf from the watershed to the duct. The cross-sectional area decreases when moving in the direction towards the second part. In one form thereof, the uppermost and outermost regions of the entry mouse of the first portion are arranged to extend partially above the MSL of the body of water when in use. In one particular form, the top surface of the first portion slopes downward when moving in a direction from an entry mouse at the opening toward the second portion.

특정 실시예에서, 제4 양태의 덕트는 다르게는 제1 양태에서 한정된 바와 같다. In certain embodiments, the duct of the fourth aspect is otherwise as defined in the first aspect.

제5 양태에서, 진동 작동 유체로부터 에너지를 추출하기 위한 장치의 실시예가 개시되며, 본 장치는 작동 유체를 위한 유로를 한정하는 하우징; 하우징에 배치되며, 사용시 유로 내의 작동 유체와 유체 연통하는 에너지 변환 유닛; 및 사용시 작동 유체가 에너지 변환 유닛에 작용하는 능동적인 구성과 작동 유체가 에너지 변환 유닛을 우회하는 우회 구성 사이에서 유로의 구성을 선택적으로 변화시키기 위하여 유로와 유체 연통되어 있는 흐름 제어 수단을 포함하고 있다.In a fifth aspect, an embodiment of a device for extracting energy from a vibrating working fluid is disclosed, the device comprising: a housing defining a flow path for the working fluid; an energy conversion unit disposed in the housing and in fluid communication with a working fluid in the passage when in use; and flow control means in fluid communication with the flow path to selectively change the configuration of the flow path between an active configuration where, in use, the working fluid acts on the energy conversion unit and a bypass configuration where the working fluid bypasses the energy conversion unit. .

특정 실시예에서, 흐름 제어 수단과 에너지 변환 유닛은 연속적으로 작동하도록 구성되어 사용시 작동 유체의 흐름이 흐름 제어 수단을 통하여 유로를 나가고 작동 유체의 흐름이 에너지 변환 유닛을 통하여 유로로 들어간다.In a specific embodiment, the flow control means and the energy conversion unit are configured to operate continuously so that, in use, a flow of working fluid exits the flow path through the flow control means and a flow of working fluid enters the flow path through the energy conversion unit.

특정 실시예에서, 하우징은 바다에 인접하게 위치된 진동수주를 수용하도록 배열되어 있으며, 에너지 변환 유닛에 작용하는 작동 유체의 방향은 통과하는 파도의 낙하와 관련되어 있다.In a particular embodiment, the housing is arranged to receive a vibrating column located adjacent to the sea, and the direction of the working fluid acting on the energy conversion unit is related to the fall of the waves passing through it.

특정 실시예에서, 에너지 변환 유닛은 터빈 로터를 포함하고 있다.In certain embodiments, the energy conversion unit includes a turbine rotor.

특정 실시예에서, 제5 양태의 장치는 다르게는 제1 양태에서 한정된 바와 같다. In certain embodiments, the apparatus of the fifth aspect is otherwise as defined in the first aspect.

특정 실시예에서, 제6 양태는 진동 작동 유체로부터 에너지를 추출하는 방법의 실시예가 개시되며, 본 방법은 In certain embodiments, a sixth aspect discloses an embodiment of a method of extracting energy from a vibrating working fluid, the method comprising:

(i) 진동 작동 유체를 수용하기 위하여 유로를 한정하는 하우징을 파도를 갖는 수역 내에 적어도 부분적으로 위치시키는 단계; (i) positioning at least partially within a body of water having waves, a housing defining a flow path for receiving a vibratory working fluid;

(ⅱ) 진동 작동 유체와 유체 연통되도록 에너지 변환 유닛을 배열하는 단계; 및(ii) arranging the energy conversion unit to be in fluid communication with the vibrational working fluid; and

(ⅲ) 제1 설정 방향으로 흐를 때 작동 유체가 에너지 변환 유닛에 작용하는 능동적인 구성과 제2 방향으로 흐를 때 작동 유체가 에너지 변환 유닛을 우회하는 우회 구성 사이에서 유로의 구성을 선택적으로 변화시키기 위한 흐름 제어 수단을 제공하는 단계를 포함하고 있다.(iii) selectively changing the configuration of the flow path between an active configuration in which the working fluid acts on the energy conversion unit when flowing in the first set direction and a bypass configuration in which the working fluid bypasses the energy conversion unit when flowing in the second direction; and providing a flow control means for

특정 실시예에서, 제6 양태의 방법은 다르게는 제3 양태에서 한정된 바와 같다. In certain embodiments, the method of the sixth aspect is otherwise as defined in the third aspect.

제7 양태에서, 수역 내의 연안 위치에 진동 파도 컬럼 에너지 포획 장치를 위치시키기 위한 방법의 실시예가 개시되며, 본 방법은In a seventh aspect, an embodiment of a method for positioning an oscillating wave column energy capture device at an offshore location within a body of water is disclosed, the method comprising:

(i) 자체에 부유 보조 기구가 장착되어 있는 장치를 작동적으로 잠수 가능한 부유 플랫폼 상에 위치시키는 단계;(i) positioning the device, which is itself equipped with a floating aid, on an operatively submersible floating platform;

(ⅱ) 플랫폼과 장치를 수역 상에서 부유되게 하는 단계;(ii) allowing the platform and device to float on a body of water;

(ⅲ) 플랫폼과 장치를 수역 내의 설정 위치로 이동시키는 단계;(iii) moving the platform and device to a set position within the body of water;

(ⅳ) 플랫폼을 잠수되게 하여 따라서 장치와 분리시키고, 그에 의하여 장치를 부유 보조 기구에 의하여 수역에 계속 부유하게 남겨두는 단계; 및(iv) submerging the platform and thus separating it from the device, thereby leaving the device afloat in the body of water by means of the flotation aid; and

(ⅴ) 그후 장치의 의도된 작동적인 사용을 위하여 설정 위치에서 장치가 부분적으로 물에 잠기고 수역의 해저에 놓여질 수 있도록 부유 보조 기구를 제거하는 단계를 포함하고 있다.(v) thereafter removing the flotation aid so that the device may be partially submerged and placed on the seabed of a body of water at a set position for intended operational use of the device.

특정 실시예에서, 에너지 포획 장치는 다르게는 제1 또는 제5 양태에서 한정된 바와 같다. In certain embodiments, the energy capture device is otherwise as defined in the first or fifth aspect.

본 요약 및 명세서 전체에서, 약어 MSL은 "평균 수면" 또는 "평균 해수면"을 위하여 사용되며, 특정 위치에서의 수역 내의 평균 간조와 평균 만조 사이의 중간 지점으로 정의된다. 따라서 MSL은 특정 수역의 표면의 평균치를 의미하며, 따라서 또한 파정 또는 파랑골의 변동이 측정될 수 있는 수직 깊이 기준점을 나타낸다.Throughout this summary and specification, the abbreviation MSL is used for “mean water level” or “mean sea level” and is defined as the midpoint between the mean low tide and the mean high tide within a body of water at a particular location. MSL thus means the average of the surface of a particular body of water and therefore also represents the vertical depth reference point from which wave crests or wave trough fluctuations can be measured.

본 발명의 양태, 특징 및 이점은, 본 발명의 일부이며 또한 한 예로서 개시된 임의의 발명의 원리를 도시하는 첨부 도면과 함께 취해질 때 하기의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다.Aspects, features and advantages of the present invention will become apparent from the following detailed description when taken in conjunction with the accompanying drawings, which are part of the present invention and show the principles of any disclosed invention by way of example.

첨부 도면은 설명될 다양한 실시예의 이해를 용이하게 한다.The accompanying drawings facilitate understanding of the various embodiments to be described.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른, 수역으로부터의 파도와 같은 진동 유체로부터 에너지를 추출하기 위한 장치의 개략적인 정면 사시도이다.
도 2는 도 1에 따른 장치의 개략적인 후방 사시도이다.
도 3a는 MSL에 직각인 절단면 A-A를 따라서 볼 때의 그리고 장치를 향하는 파도 이동의 개시 시점에서의 도 1에 따른 장치의 개략적인 부분 횡단면 측면도이다.
도 3b는 MSL에 직각인 절단면 A-A를 따라서 볼 때의 그리고 파도가 장치를 통하여 이동하고 가스가 변위되면서 유체 제어 장치(들)에서 흘러나오는 시점에서의 도 1에 따른 장치의 개략적인 부분 횡단면 측면도이다.
도 3c는 MSL에 직각인 절단면 A-A를 따라서 볼 때의 그리고 파도가 수역을 향하여 장치 밖으로 뒤로 이동하고 유체 제어 장치(들)가 폐쇄되고, 가스가 단방향 터빈을 통하여 흐름으로 흡인되어 터빈을 회전시키고 전기 에너지를 생성하는 시점에서의 도 1에 따른 장치의 개략적인 부분 횡단면 측면도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른, 수역으로부터의 파도와 같은 진동 유체로부터 에너지를 추출하기 위한 장치의 개략적인 정면 사시도이다.
도 5는 진동 파도 컬럼의 내부에 대한 최하부 유입 영역 및 파도-피어싱 립을 도시하는, 도 4에 따른 장치의 개략적인 후방 사시도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른, 수역으로부터의 파도와 같은 진동 유체로부터 에너지를 추출하기 위한 장치의 개략적인 부분 횡단면 측면도이며; 본 도면은 파도가 장치를 통하여 이동하고 가스가 변위되면서 유체 제어 장치(들)(삽입된 사진, 밸브 개방)에서 흘러나오는 순간을 도시하고 있다.
도 7은 도 6에 따른 장치의 개략적인 부분 횡단면 측면도이며; 본 도면은 파도가 수역을 향하여 장치 밖으로 뒤로 이동하고, 유체 제어 장치(들)가 폐쇄되고, 가스가 단방향 터빈을 통하여 흐름으로 흡인되어 터빈을 회전시키고 전기 에너지를 생성하는 순간을 도시하고 있다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른, 수역으로부터의 파도와 같은 진동 유체로부터 에너지를 추출하기 위한 장치의 개략적인 정면 사시도이며; 상기 파랑 에너지 수집 장치는 잠수식인 부유 도크 상에 위치되는 것으로 나타나 있다. 물에 잠기지 않은 상태에서 도크는 장치의 수중 위치를 위하여 선적 선박 뒤에서의 예인에 의하여 이동 가능하다. 진동 파도 컬럼 장치에는 자체에 부유 보조 기구가 장착되어 있다.
도 9는 도 8에 따른, 에너지를 추출하기 위한 장치의 개략적인 정면 사시도로서, 상기 장치는 물에 잠기지 않은 위치에서 도시된 상기 잠수식 부유 도크 상에 위치되며, 지금은 장치와 도크는 예인선의 형태의 선적 선박의 뒤에서 수역 상의 장치의 예정 목적지를 향하는 방향으로 예인되고 있는 것으로 나타나 있다.
도 10은 도 8에 따른, 에너지를 추출하기 위한 장치의 개략적인 정면 사시도로서, 상기 장치는 지금은 잠수식 부유 도크로부터 분리된 것으로 나타나 있다. 도크는 (부표 패널 형태의 부유 보조 기구에 의하여 부유된) 장치가 그후 앞으로 끌려가고 도크에서 분리될 수 있도록 물 속에서 낮추어져 있는 것으로 도시되어 있다.
도 11은 도 8에 따른, 에너지를 추출하기 위한 장치의 개략적인 정면 사시도로서, 상기 장치는 지금은 잠수식 부유 도크로부터 분리된 것으로 나타나 있으며, 도크는 지금은 물 속에서 다시 들어올려지고 있다. 예인선은 파랑 에너지 수집 유닛을 앞으로 그리고 도크에서 멀리 예인한다.
도 12는 도 8에 따른, 에너지를 추출하기 위한 장치의 개략적인 정면 사시도로서, 상기 장치는 지금은 그의 외부 측벽면으로부터의 일부 부표 패널 요소(부유 보조 기구)의 제거에 의하여 부분적으로 물 속에 잠긴 것으로 나타나 있다. 이는 장치가 이제 수역 내의 예정된 최종 사용 위치로 이동되었기 때문이다. 이 유닛은 해안선 해저 상의 그의 위치에 자리잡는다.
도 13은 도 8에 따른, 에너지를 추출하기 위한 장치의 개략적인 정면 사시도로서, 상기 장치는 지금은 물 속에서의 그의 최종 위치에서 부분적으로 물에 잠기고 해저 상에 놓여져 있는 것으로 나타나 있으며, 여기서 장치는 파도를 포획하고 에너지를 생성할 것이다. 모든 부표 패널 요소 (부유 보조 기구)는 장치의 측면에서 제거되었다. 반복 사용을 위하여, 부유 도크와 부표 패널은 모두 예인선에 의해 제거된 것으로 나타나 있다.
도 14는 본 발명의 다른 실시예에 따른, 수역으로부터의 파도와 같은 진동 유체로부터 에너지를 추출하기 위한 장치의 개략적인 정면 사시도이며; 본 장치는 주변 수역 내에 위치된 것으로 나타나 있다.
도 15는 도 14의 장치의 개략적인 정면 사시도이며; 본 장치는 주변 수역 내에 위치된 것으로 나타나 있고; 이는 장치 최상단의 터빈의 보다 상세한 구성을 보여주고 있다.
도 16은 본 발명의 장치에 기초하여, 개발된 대규모 프로토타입(prototype) 단방향 공기 터빈에 대한 예측 효율 곡선을 보여주고 있는 그래프이다.
도 17은 본 발명의 유형의 장치인 통기된 진동수주 장치에 대해 밝혀진 에너지 균형의 그래프이다.
도 18은 실험 데이터로부터의 모델 스케일 공기 챔버 압력의 시계열 플롯 (상부 플롯); 및 하부 플롯에서 인접한 입사 파도 프로브 수위(파선)와 평균 표면 높이(실선)를 보여주고 있다.
도 19는 실험 데이터로부터, 규칙 파도 (237개 데이터 포인트)에서 얻어진 테스트 파랑 에너지 포획 장치에 대한 공압 동력의 결과를 보여주고 있다.
도 20은 실험 데이터로부터, 규칙 파도 (237개 데이터 포인트)에서 얻어진 테스트 파랑 에너지 포획 장치에 대한 공압 효율을 보여주고 있다.
1 is a schematic front perspective view of a device for extracting energy from a vibrating fluid, such as a wave from a body of water, according to a first embodiment of the present invention;
Fig. 2 is a schematic rear perspective view of the device according to Fig. 1;
FIG. 3a is a schematic partial cross-sectional side view of the device according to FIG. 1 as viewed along section AA perpendicular to MSL and at the beginning of wave movement towards the device; FIG.
Fig. 3b is a schematic partial cross-sectional side view of the device according to Fig. 1 as viewed along section AA perpendicular to MSL and from the point of view as the waves travel through the device and the gas flows out of the fluid control device(s) with displacement; .
3C is a view along section AA perpendicular to the MSL and as the waves move back out of the device towards the body of water and the fluid control device(s) are closed, gas is drawn into the flow through the one-way turbine to rotate the turbine and generate electricity. A schematic partial cross-sectional side view of the device according to FIG. 1 at the point of generating energy.
4 is a schematic front perspective view of a device for extracting energy from a vibrating fluid, such as a wave from a body of water, according to another embodiment of the present invention.
Fig. 5 is a schematic rear perspective view of the device according to Fig. 4, showing the lowermost inlet region and the wave-pierced lip of the interior of the oscillating wave column;
6 is a schematic partial cross-sectional side view of a device for extracting energy from a vibrating fluid, such as a wave from a body of water, according to another embodiment of the present invention; This figure shows the moment a wave travels through the device and the gas is displaced and flows out of the fluid control device(s) (inset photo, valve open).
Fig. 7 is a schematic partial cross-sectional side view of the device according to Fig. 6; The figure shows the moment when the waves move back out of the device towards the body of water, the fluid control device(s) are closed, and the gas is drawn into the flow through the one-way turbine to rotate the turbine and create electrical energy.
8 is a schematic front perspective view of a device for extracting energy from a vibrating fluid, such as a wave from a body of water, according to another embodiment of the present invention; The wave energy harvesting device is shown positioned on a submersible floating dock. When not submerged, the dock is movable by towing from behind the shipping vessel for underwater positioning of the device. The vibrating wave column device is itself equipped with a flotation aid.
Fig. 9 is a schematic front perspective view of the device for extracting energy according to Fig. 8, the device being positioned on the submersible floating dock shown in an unsubmerged position, now the device and the dock are on the side of a tugboat; It is shown being towed from the back of a shipping vessel of the type in the direction towards the intended destination of the device on the water.
Fig. 10 is a schematic front perspective view of the device for extracting energy according to Fig. 8, the device being shown now removed from the submersible floating dock; The dock is shown lowered in the water so that the device (floated by a flotation aid in the form of a buoy panel) can then be pulled forward and removed from the dock.
Fig. 11 is a schematic front perspective view of the device for extracting energy according to Fig. 8, the device now shown being detached from a submersible floating dock, the dock being now lifted back into the water; The tugboat tows the wave energy collection unit forward and away from the dock.
Fig. 12 is a schematic front perspective view of the device for extracting energy according to Fig. 8, said device now partially submerged in water by removal of some buoy panel elements (float aids) from its outer side wall surface; appears to be This is because the device has now been moved to its intended end-use location within the body of water. This unit is positioned at its location on the shoreline seabed.
13 is a schematic front perspective view of the device for extracting energy according to FIG. 8 , the device now shown partially submerged and resting on the seabed in its final position in the water, wherein the device will capture the waves and generate energy. All buoy panel elements (float aids) have been removed from the side of the device. For repeated use, both the floating dock and buoy panels are shown removed by the tugboat.
14 is a schematic front perspective view of a device for extracting energy from a vibrating fluid, such as a wave from a body of water, according to another embodiment of the present invention; The device is shown located within the surrounding body of water.
Fig. 15 is a schematic front perspective view of the device of Fig. 14; The device is shown located within a surrounding body of water; This shows a more detailed configuration of the turbine at the top of the unit.
16 is a graph showing predicted efficiency curves for a large-scale prototype unidirectional air turbine developed based on the apparatus of the present invention.
Figure 17 is a graph of the energy balance found for a vented frequency column device, a device of the type of the present invention.
18 is a time series plot of model scale air chamber pressure from experimental data (top plot); and the adjacent incident wave probe level (dashed line) and average surface height (solid line) in the lower plot.
Figure 19 shows the pneumatic power results for a test wave energy capture device obtained from regular waves (237 data points) from experimental data.
20 shows the pneumatic efficiency for a test wave energy capture device obtained from regular waves (237 data points) from experimental data.

본 발명은 진동 작동 유체, 예를 들어 사용 중에 반복적으로 장치로 들어가고 나오는 파랑(ocean wave)으로부터 에너지를 추출하기 위한 장치의 특징부에 관한 것이다. 본 발명은 또한 밀려오는 파도의 포획을 최대화하는 장치의 특징부에 관한 것이다. 본 발명은 또한 생성된 에너지의 양을 최대화하기 위해 장치를 조작하고 제어하는 방법에 관한 것이다. 본 장치는 본 기술 분야에서 알려진 기술보다 유체의 단위 흐름 당 더 큰 에너지 생성을 가능하게 하는 디자인을 갖고 있다.DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to features of a device for extracting energy from a vibrating working fluid, for example an ocean wave repeatedly entering and exiting the device during use. The invention also relates to features of the device that maximize the capture of the surf. The invention also relates to a method of manipulating and controlling the device to maximize the amount of energy produced. The device has a design that allows greater energy production per unit flow of fluid than techniques known in the art.

도면을 참조하면, 도 1 및 도 2에 나타나 있는 장치는 2개의 아암부(12, 14)를 갖고 있는 덕트(10)를 포함하고 있으며, 각 아암부는 횡단면이 대체로 직사각형인 세장형 도관을 포함하고 있고, 2개의 아암부는 서로 직각으로 배열되어 있으며 덕트(10)를 측면에서 보았을 때 대체로 L-형 구조로 연결되어 있다 (다른 실시예에서, 이 설명에서 참조의 용이함을 위하여 유사한 부분에는 동일한 부분 숫자가 부여된다).Referring to the drawings, the device shown in FIGS. 1 and 2 includes a duct 10 having two arm portions 12 and 14, each arm portion comprising an elongated conduit of generally rectangular cross-section, The two arm parts are arranged at right angles to each other and are connected in a generally L-shaped structure when the duct 10 is viewed from the side (in other embodiments, for ease of reference in this description, similar parts have the same part numbers) is granted).

덕트(10)의 제1 도관(12)은 사용시, 덕트가 예를 들어 해양 해안가에서 모래 및 암반(18) 상에 얹히도록 위치되는 수역(16)의 평균 수면(MSL) 아래에 실질적으로 잠기도록 배열되며, 그의 세장형 축이 모래 및 암반(18)과 정렬되도록 대체로 수평적으로 배향된 상태로 배향된다.The first conduit 12 of the duct 10 is such that, when in use, the duct is substantially submerged below the mean water level (MSL) of a body of water 16 in which the duct is positioned to rest on sand and rock 18, for example on a marine shoreline. It is arranged and oriented with its elongated axis aligned with the sand and rock 18 in a generally horizontal orientation.

제1 도관(12)은 수역으로부터 흘러들어오고 있는 밀려오는 파도를 수용하기 위하여 배열된 직사각형 형상의 개방 마우스(20)를 갖고 있으며, 마우스(20)는 파도의 근원인 수역, 예를 들어 바다 또는 호수로 외측으로 배향된다. 도 1에 나타나 있는 바와 같이, 제1 도관(12)이 개방 마우스(20)에서 덕트(10)의 내부로의 방향으로 안쪽으로 그리고 제2 도관(14)을 향하여 이동할 때 횡단면적이 줄어들기 때문에, 마우스(20)의 횡단면적은 제1 도관(12)의 나머지 부분의 임의의 지점에서의 횡단면적보다 크다. 사용시 진동 흐름이 생성될 때 명백해질 이유로, 이 고형 벽면으로 둘러싸인 제1 도관(12)의 일반적인 테이퍼링(tapering) 효과는 수역(16)으로부터 덕트(10)로의 밀려오는 파도의 흐름을 가속시키는 것이다.The first conduit 12 has a rectangular open mouth 20 arranged to receive a surging wave flowing in from a body of water, and the mouth 20 is a body of water that is the source of the wave, for example, the sea or Oriented outward into the lake. As shown in FIG. 1 , since the cross-sectional area is reduced when the first conduit 12 moves inward in the direction from the open mouth 20 to the interior of the duct 10 and toward the second conduit 14 , the cross-sectional area of the mouse 20 is greater than the cross-sectional area at any point in the remainder of the first conduit 12. For reasons that will become apparent when an oscillating flow is created in use, the general tapering effect of this solid walled first conduit 12 is to accelerate the flow of surging waves from the body of water 16 into the duct 10.

나타나 있는 실시예에서, 제1 도관(12)의 상부 벽면(22)의 일부는 아래쪽으로 경사져 있으며, 사용시에는 모래와 암반(18)에 얹혀 있는 평평한 베이스 플로어(24)를 향하여 기울어져 있다. 수직 측벽면(26)은 제1 도관의 평평한 베이스 플로어(24)와 상부 벽면(22) 사이에서 연장된다. 나타나 있는 실시예에서, 제1 도관(12)의 테이퍼진 진입 영역은 도관(12)의 길이의 약 1/3에 대해 연장되지만, 다른 실시예에서 이는 상이한 비율일 수 있다. 예를 들어, 제1 도관은 그의 전체 길이에 걸쳐 경사진 상부 벽면을 포함할 수 있으며, 평평한 베이스 플로어(24) 및 베이스 플로어와 상부 벽면 사이에서 연장되는 수직 측벽면(26)을 함께 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 제1 도관은 개방 마우스에서 도관 내로의 방향으로 안쪽으로 이동할 때 둘 모두 도관의 일부 길이에 걸쳐 서로를 향하여 안쪽으로 경사진 상부 벽면과 베이스 플로어를 가질 수 있다. 또 다른 실시예에서, 제1 도관의 측벽면 또한 안쪽으로 테이퍼지도록 기울어져 좁아지는 폭을 갖는 도관을 형성할 수 있으며 따라서 도관은 개방 마우스에서 덕트 내로의 방향으로 안쪽으로 이동할 때 감소하는 횡단면적을 갖는다.In the embodiment shown, a portion of the upper wall 22 of the first conduit 12 slopes downward and, in use, slopes toward a flat base floor 24 resting on sand and rock 18. A vertical side wall surface 26 extends between the flat base floor 24 and the upper wall 22 of the first conduit. In the embodiment shown, the tapered entry area of the first conduit 12 extends for about 1/3 of the length of the conduit 12, but in other embodiments it may be a different proportion. For example, the first conduit can include an inclined upper wall over its entire length, together with a flat base floor 24 and vertical sidewalls 26 extending between the base floor and the upper wall. there is. In another embodiment, the first conduit may have a top wall and a base floor that both slope inward toward each other over a portion of the length of the conduit as they move inward in a direction from the open mouth into the conduit. In another embodiment, the side walls of the first conduit may also be inclined to taper inward to form a conduit with a narrowing width such that the conduit has a reduced cross-sectional area as it moves inward in the direction from the open mouth into the duct. have

도면에 나타나 있는 실시예에서, 제1 도관(12)의 마우스(20)의 최외측 및 최상부 영역(28)은 사용시 도관이 위치된 수역(16)의 MSL 위로 연장되도록 배열되어 마우스(20)의 파도-피어싱 립(30; wave-piercing lip)을 형성한다. 이 특징부는, 특히 수역의 움직임이 거칠거나 고르지 않는 경우, 수역(16)으로부터 덕트(16) 내로의 밀려오는 파도의 더 큰 흐름을 포획하고 보내는 것을 도울 수 있다.In the illustrated embodiment, the outermost and uppermost region 28 of the mouse 20 of the first conduit 12 is arranged such that, in use, it extends above the MSL of the body of water 16 in which the conduit is located, so that the mouse 20 A wave-piercing lip (30) is formed. This feature may help catch and direct a larger flow of surf from the body of water 16 into the duct 16, especially if the movement of the body of water is rough or choppy.

덕트(10)의 제2 도관(14)은 사용시 도관이 위치되는 수역(16)의 MSL 위로 실질적으로 연장되도록 배열되면서, 그의 세장형 축이 제1 도관(12)의 축에 대체로 수직인 상태로 배향된다. 제2 도관(14)은 세장형이고, 제1 도관(12)으로부터 연장되며, 밀려오는 파도가 제1 도관(12)을 통하여 흐른 후 밀려오는 파도로부터 물을 수용하도록 배열되어 있다. 들어오는 물결이 제1 도관(12)을 통하여 흐르고 덕트(10)의 제2 도관(14)으로 흐른 후, 제1 도관(12)을 통해 제2 도관(14)에서 뒤로 자유롭게 흘러나오고 수역(16)으로 되돌아가며, 그에 의하여 수역(16)의 해안선에서의 밀려오는 그리고 빠져나가는 파도의 흐름을 일치시키도록 배열될 수 있는 덕트(10) 내에 진동수 흐름을 설정한다. 제2 도관(14)은 파도가 제1 도관(12)을 통하여 흐른 후 밀려오는 파도로부터 수용된 물의 최대 수위(32) 위의 높이까지 연장된다. 이 최대 수위(32) 위에 위치된 다량의 가스 (전형적으로 공기)는, 곧 설명될 바와 같이, 제2 도관(14)의 최상부 영역 밖으로 변위될 수 있고 그후 그 영역으로 뒤로 흡인될 수 있다.The second conduit 14 of the duct 10 is arranged such that in use it extends substantially above the MSL of the body of water 16 in which the conduit is located, with its elongated axis generally perpendicular to the axis of the first conduit 12. Oriented. The second conduit 14 is elongate and extends from the first conduit 12 and is arranged to receive water from the surf after the surf has flowed through the first conduit 12 . After the incoming water flows through the first conduit 12 and into the second conduit 14 of the duct 10, it flows freely out of the second conduit 14 back through the first conduit 12 and into the body of water 16 , thereby setting the frequency flow within the duct 10 which may be arranged to match the flow of incoming and outgoing waves at the shoreline of the body of water 16. The second conduit 14 extends to a height above the maximum water level 32 of the received water from the surf after the wave has flowed through the first conduit 12 . A volume of gas (typically air) located above this maximum water level 32 can be displaced out of the uppermost region of the second conduit 14 and then drawn back into that region, as will be described shortly.

진동수 흐름을 돕기 위하여, 도관(12, 14)들이 연결되는 전이 표면에서의 덕트(10)의 내부 치수는 동일하다. 제1 도관(12)과 제2 도관(14)은 또한 2개의 도관(12, 14)의 접합부에 배열된 평면형 경사 부분(34) 형태의 흐름 방향 제어 세그먼트를 갖고 있으며, 이는 밀려오는 물의 흐름이 덕트(10) 내에서 수평 축방향 흐름에서 수직 축방향 흐름 방향으로, 그리고 그후에 물이 역방향으로 진동하고 덕트(10)로부터 수역(16)을 향하여 외측으로 흐를 때 수직 축방향 흐름에서 수평 축방향 흐름 방향으로 전환될 수 있게 하는 것을 용이하게 한다. 유체가 덕트(10) 내로 진행함에 따라 제1 도관(12)의 횡단면적이 더 좁아지지는 경우, 유체 속도는 증가할 것이며, 이는 결과적으로 덕트(10) 내에 형성된 유체 컬럼을 구동하여 더 신속하게 진동시킬 수있다.To facilitate frequency flow, the internal dimensions of the duct 10 at the transition surface to which the conduits 12 and 14 are connected are identical. The first conduit 12 and the second conduit 14 also have a flow direction control segment in the form of a planar inclined portion 34 arranged at the junction of the two conduits 12, 14, which allows the rushing water to From horizontal axial flow to vertical axial flow direction within the duct 10, and then from vertical axial flow to horizontal axial flow as the water vibrates in the reverse direction and flows outward from the duct 10 toward the body of water 16. It makes it easy to be able to turn in the direction. If the cross-sectional area of the first conduit 12 becomes narrower as the fluid progresses into the duct 10, the fluid velocity will increase, which in turn drives the fluid column formed within the duct 10 to move more quickly. can vibrate

밀려오는 파도로부터 물이 수용됨에 따라 제2 도관(14)의 최상부 영역(36)에는 그리고 물의 최대 수위(32) 위에는 버터플라이 밸브 또는 일방향 체크 밸브(38)의 형태의 다수의 흐름 제어 장치를 통하여 최상부 영역(36)을 나갈 수 있는 변위 가능한 다량의 공기가 있으며, 이 흐름 제어 장치는 자동적으로 개방될 수 있거나 개방 상태로 돌려지거나 이동하도록 배열될 수 있다. 제2 도관(14) 내부 (및 물의 최대 수위(32)의 위)의 최상부 영역(36)은 유로(40)를 한정하며, 이 유로는 또한 단방향 터빈(44)과 유체 연통되어 있다. 본 명세서에 나타나 있는 실시예에서, 밸브(38)와 터빈(44)은 유로(40)와 직접 유체 연통하며, 이는 유로(40) 내로의 및 밖으로의 공기 이동이 공기가 터빈에 도달하기 전에 밸브를 통과하지 않거나, 또는 그 반대인 것을 의미한다. 즉, 이 밸브와 터빈은 서로 직렬로 배열되지 않으며, 오히려 서로 병렬 작동 구성으로 배열되고, 제2 도관(14) 내에서 유로 챔버(40)의 벽면들 내의 별개의 이격된 개구들에 위치되어 있다. 이러한 배열은 유로(40)의 구성의 선택적인 변화를 허용하며, 따라서 작동 유체 (예를 들어, 공기)는 터빈에서 단일 방향적으로 작용할 수 있거나, 대신에 우회 구조에서 작동(즉, 터빈을 우회)하여 배출 밸브를 통해 단일 방향적으로 흐를 수 있다. 설명될 바와 같이, 유로(40)의 최상부 말단에서, 이 밸브와 터빈은 바다, 호수 또는 다른 수역의 수위의 범위 위에 있다.As the water is received from the surf, it is provided in the uppermost region 36 of the second conduit 14 and above the maximum water level 32 through a number of flow control devices in the form of butterfly valves or one-way check valves 38. There is a displaceable mass of air that can exit the uppermost region 36 and the flow control device can be opened automatically or arranged to be turned or moved to an open position. The uppermost region 36 inside the second conduit 14 (and above the maximum water level 32) defines a flow path 40, which is also in fluid communication with the one-way turbine 44. In the embodiment shown herein, valve 38 and turbine 44 are in direct fluid communication with flow path 40, which means that movement of air into and out of flow path 40 occurs before the air reaches the turbine. does not pass through, or vice versa. That is, the valve and turbine are not arranged in series with each other, but rather in a parallel operating configuration with each other and are located at separate spaced openings in the walls of the flow chamber 40 within the second conduit 14. . This arrangement allows for selective changes in the configuration of flow path 40, so that the working fluid (eg, air) can act unidirectionally on the turbine, or instead act in a bypass configuration (ie, bypass the turbine). ) so that it can flow unidirectionally through the discharge valve. As will be explained, at the uppermost end of flow path 40, this valve and turbine is above a range of water levels in a sea, lake or other body of water.

이제 도 3a를 참조하면, 덕트(10)를 향하여 이동하는 파도의 개시 순간이 나타나 있으며, 제1 도관(12)의 파도-피어싱 립(30)과 좁아지는 횡단면적은 밀려오는 파도를 덕트(10) 내로 안내하는 역할을 한다. 도 3b에서, 파도는 덕트(10)를 통하여 화살표(42)의 방향으로 이동하며, 최상부 영역(36) 내의 유로(40) 내의 공기의 일부는 덕트(10) 내에서 수직으로 상승하는 물에 의해 변위되고, 버터플라이 밸브 또는 일방향 체크 밸브(38)에서 흘러나오며 대기로 배출된다. 밸브(38)는 가벼운 깃털식(feathred) 움직임을 갖도록 배열되며, 따라서 유로(40)에서의 공기의 흐름은 임의의 상당한 양의 공기가 단방향 터빈(44)을 통하여 유로를 떠나게 하기 위한 것이라기 보다는, 밸브를 개방하기에 충분하고 덕트(10) 밖으로 최소 저항 경로를 제공하기에 충분하다.Referring now to FIG. 3A , the moment of initiation of the wave traveling towards the duct 10 is shown, and the wave-piercing lip 30 of the first conduit 12 and the narrowing cross-sectional area are used to direct the oncoming waves to the duct 10. ) serves as a guide. In FIG. 3B, the waves travel in the direction of arrow 42 through the duct 10, and part of the air in the flow path 40 in the uppermost region 36 is caused by water rising vertically in the duct 10. It is displaced, flows out of the butterfly valve or one-way check valve 38 and is discharged to the atmosphere. The valve 38 is arranged to have a light feathered movement, so that the flow of air in the flow path 40 is not intended to cause any significant amount of air to leave the flow path through the one-way turbine 44. , sufficient to open the valve and provide a path of least resistance out of the duct 10.

도 3c에서, 파도는 그후 도 3b에 도시된 바와 같은 밀려오는 파도의 방향(42)과 반대인 방향인 화살표(46)의 방향으로 마우스(20)를 통하여 그리고 수역(16)을 향하여 덕트(10) 밖으로 뒤로 이동한다. 외측 방향(46)으로의 흐름의 결과로서, 대기는 떠나는 물에 의해 생성된 흡입에 의하여 최상부 영역(36)의 유로(40) 내로 흡인된다. 버터플라이 밸브 또는 일방향 체크 밸브(38)가 이제 완전히 폐쇄되기 때문에, 공기는 단방향 터빈(44)을 통해서만 흡입될 수 있으며, 전기 에너지를 생성하기 위하여 공기의 이 흐름은 터빈(44)을 회전시킨다.In Fig. 3c, the wave then moves through the duct 10 through the mouth 20 and towards the body of water 16 in the direction of the arrow 46, which is opposite to the direction 42 of the surf as shown in Fig. 3b. ) outward and backwards. As a result of the flow in the outward direction 46, atmospheric air is drawn into the flow passage 40 in the uppermost region 36 by the suction created by the water leaving. Since the butterfly or one-way check valve 38 is now fully closed, air can only be drawn in through the one-way turbine 44 and this flow of air rotates the turbine 44 to produce electrical energy.

일부 다른 실시예에서, 떠나는 공기에 의해 생성된 흡입에 의하여 대기가 최상부 영역(36) 내의 유로(40) 내로 흡인될 때, 밸브는 이러한 공기 흐름에 대하여 완전하게 폐쇄되는 것보다는, 그를 통과하는 공기 흐름을 제한하는 유형일 수 있거나 부분적인 폐쇄의 위치에 배열될 수 있다. 그러나, 유로(40) 내로 흡인되고 있는 공기의 대부분은 단방향 터빈(44)을 통한다. 따라서, 유로(40) 내로의 그리고 유로 밖으로의 모든 공기의 흐름은 덕트(10) 내의 진동수주의 진동에 반응하고 이에 의하여 생성되며, 이는 특정 위치에서의 반복적인 파도 흐름 빈도에 의하여 설정된다.In some other embodiments, when atmospheric air is drawn into the flow passage 40 in the uppermost region 36 by the suction produced by the leaving air, the valve is not completely closed against this air flow, but rather the air passing through it. It may be of a flow restricting type or may be arranged in a position of partial closure. However, most of the air being sucked into the flow path 40 passes through the one-way turbine 44 . Thus, all airflow into and out of the flow passage 40 responds to and is produced by the vibration of the frequency column within the duct 10, which is set by the repetitive wave flow frequency at a particular location.

본 명세서에 개시된 또 다른 장치에서, 도 3b와 도 3c에 나타나 있는 흐름 상황은 반전될 수 있으며, 따라서 파도가 덕트(10) 내로 이동하면, 대기로 방출되기 위하여 최상부 영역(38)의 유로(40) 내의 공기는 덕트(10) 내의 상승하는 물에 의해 변위되어 단방향 터빈(44)에서 흘러나온다. 이러한 장치에서, 파도가 덕트(10)에서 마우스(20)를 통하여 그리고 수역(16)을 향하여 이동하는 경우, 대기는 그후 밸브(38)를 통하여 유로(40)로 다시 흡인되며, 이 밸브는 단방향 터빈(44)을 통하여 유로(40) 내로 이루어질 수 있는 공기 흐름보다 유로(40) 내로의 한 방향으로 더욱 쉽게 개방되도록 배열되어 있다. 그러나, 본 발명자의 연구는 그러한 배열의 효율이 도 3b 및 도 3c에 나타나 있는 흐름 상황에 의해 달성될 수 있는 것보다 상당히 낮다는 것을 규명하였다. 이는 최대 발전 특성을 제공하는 유로(40) 내로의 공기 흡입의 하향 스트로크 (즉, 진동수 챔버로부터의 파도의 낙하 또는 흡출) 동안이며, 이 구성에서의 터빈(44)의 회전에 의하여 생성된 에너지는 (i) 양방향 터빈을 이용하여, 또는 (ⅱ) 밀려오는 파랑으로부터와 같은, 덕트 내로의 그리고 터빈을 향한 공기 압력의 상향 스트로크의 압력을 이용하여 달성될 수 있는 것보다 상당히 더 크다 (후자는 에너지 면에서 가장 약하다).In another device disclosed herein, the flow situation shown in FIGS. 3b and 3c can be reversed so that as the waves travel into the duct 10, the flow path 40 in the uppermost region 38 is released to the atmosphere. The air in ) is displaced by the rising water in the duct 10 and flows out of the one-way turbine 44 . In this device, when a wave travels from the duct 10 through the mouth 20 and towards the body of water 16, the atmospheric air is then drawn back into the flow path 40 through the valve 38, which is a one-way valve. It is arranged to open more easily in one direction into the flow passage 40 than can flow through the turbine 44 and into the flow passage 40 . However, the inventor's research has revealed that the efficiency of such an arrangement is significantly lower than that achievable by the flow situation shown in Figs. 3b and 3c. It is during the downward stroke of the air intake into the flow path 40 (i.e., the fall or suction of the waves from the frequency chamber) that provides the maximum power generation characteristics, and the energy produced by the rotation of the turbine 44 in this configuration is Significantly greater than can be achieved (i) using a bi-directional turbine, or (ii) using the pressure of an upward stroke of air pressure into the duct and towards the turbine, such as from surging waves (the latter being energy weakest).

도 4 및 도 5에 나타나 있는 실시예를 참조하면, 다소 상이한 외관의 덕트(10)가 나타나 있다. 모든 면에 있어서, 이는 이전에 설명된 실시예와 기능적으로 유사하다. 각 아암부(12, 14)는 횡단면이 대체로 직사각형인 세장형 도관을 포함하고 있으며, 이 아암부들은 서로 직각으로 배열되어 있고 대체로 L-형 구조로 연결되어 있다.Referring to the embodiment shown in FIGS. 4 and 5 , a slightly different appearance of the duct 10 is shown. In all respects, it is functionally similar to the previously described embodiment. Each arm portion 12, 14 includes an elongated conduit of generally rectangular cross-section, which is arranged at right angles to each other and connected in a generally L-shaped configuration.

덕트(10)의 제1 도관(12)은 사용시에 수역의 평균 수면(MSL) 아래에 실질적으로 잠기도록 배열되며, 그의 세장형 축이 모래 및 암반(18)과 정렬되도록 대체로 수평적으로 배향된 상태로 배향되어 있다. 제2 도관(14)의 최상부 영역(36)에는 버터플라이 밸브 또는 일방향 체크 밸브(38) 형태의 다수의 흐름 제어 장치가 있으며, 이 밸브는 자동적으로 개방될 수 있거나 개방 상태로 돌려지거나 이동하도록 배열될 수 있다. 제2 도관(14) 내부 (및 최대 수위(32)의 위)의 최상부 영역(36)은 유로(40)를 한정하며, 이 유로는 또한 단방향 터빈(44)과 유체 연통되어 있다.The first conduit 12 of the duct 10 is arranged to be substantially submerged below the Mean Water Level (MSL) in use, and is oriented generally horizontally with its elongated axis aligned with the sand and rock 18. Oriented in state. In the uppermost region 36 of the second conduit 14 there are a number of flow control devices in the form of butterfly valves or one-way check valves 38 which can be opened automatically or arranged to be turned or moved to an open position. It can be. The uppermost region 36 inside the second conduit 14 (and above the maximum water level 32) defines a flow path 40, which is also in fluid communication with the one-way turbine 44.

본 발명자에 의해 채택된 기하학적 디자인 특징은 덕트(10)의 전면 상의 파도 부하를 감소시키기 위하여, 도 5에 나타나 있는, 경사진 전방 립 및 뾰족한 보우(33; bow)의 도입을 포함하고 있다.Geometric design features employed by the present inventor include the introduction of a sloping front lip and pointed bow 33, shown in FIG. 5, to reduce wave loads on the front face of the duct 10.

도 14 및 도 15에 나타나 있는 실시예를 참조하면, 다소 다른 외관의 덕트(10)가 나타나 있다. 모든 면에서 있어서, 이는 이전에 설명된 실시예와 기능적으로 유사하다. 유사한 부분 번호가 기능을 설명하기 위해 사용된다.Referring to the embodiment shown in FIGS. 14 and 15 , a slightly different appearance of the duct 10 is shown. In all respects, it is functionally similar to the previously described embodiment. Similar part numbers are used to describe functions.

또 다른 실시예에서, 밸브(38)에는 그의 개폐 구성을 제어하기 위하여 제어 메커니즘이 장착되어 있다. 예를 들어, 밸브는 힌지 운동에 의하여, 또는 슬라이딩 운동에 의하여 또는 회전 가능한 운동에 의하여 가스의 흐름에 대해 개폐되어 밸브의 횡단면 개방 통로의 부분을 적어도 덮을 수 있는 게이트를 가질 수 있다. 또 다른 실시예에서, 사용된 밸브는 유로(40)로 들어오고 나가는 진동 공기의 압력 및/또는 흐름의 방향 변화에 응답하도록 임의의 다른 적절한 방향으로 구성될 수 있다.In another embodiment, valve 38 is equipped with a control mechanism to control its opening and closing configuration. For example, the valve may have a gate that is opened and closed against the flow of gas by a hinged motion, or by a sliding motion, or by a rotatable motion to cover at least a portion of the cross-sectional open passage of the valve. In another embodiment, the valve used may be configured in any other suitable direction to respond to changes in the direction of flow and/or pressure of the oscillating air entering and exiting the flow path 40 .

중요하게는, 제2 도관(14)의 최상부 영역(36) 내의 유로(40) 내의 변위 가능 가스로의 접근은 단방향 터빈(44)을 통해서일 뿐만 아니라 하나 이상의 밸브(38) (또는 다른 형태의 유동 제어 장치)를 통하여 이루어질 수 있기 때문에 흐름 챔버에 대한 각 형태의 접근을 다른 접근에 대해 개별적으로 그리고 순차적으로 작동시키도록 시스템이 구성되는 것이 가능하다. 그렇게 함으로써, 이는 터빈(44)의 설계가 발전을 위한 종래 기술의 진동수주 내의 배열보다 상당히 간단할 수 있다는 것을 의미하며, 이 중 많은 것은 샤프트 상에서 단일 방향적으로 회전하는 터빈을 이용하여 양방향 공기 흐름에 대처할 수 있는 새로운 터빈 설계의 개발에 중점을 두고 있다. 이러한 종래의 설비에서, 제2 도관의 최상부 영역의 유로 내의 가스는 덕트 내의 수직으로 상승하는 물에 의하여 변위되며 단방향 터빈에서 흘러나오고 대기로 배출되지만, 가스가 흡입에 의하여 유로 내로 뒤로 흡인되는 경우, 이는 동일한 단방향 터빈을 통하여 그러나 반대 방향으로 흐를 필요가 있으며, 이는 매우 복잡한 조절 가능한 유동 터빈 설계를 필요로 한다.Importantly, access to the displaceable gas in flow path 40 in uppermost region 36 of second conduit 14 is not only through one-way turbine 44 but also through one or more valves 38 (or other forms of flow). control device), it is possible for the system to be configured to operate each type of access to the flow chamber separately and sequentially relative to the others. In doing so, this means that the design of the turbines 44 can be significantly simpler than prior art in-pole arrangements for power generation, many of which utilize a turbine rotating unidirectionally on a shaft to allow bi-directional air flow. The focus is on the development of new turbine designs that can cope with In this conventional installation, the gas in the passage in the uppermost region of the second conduit is displaced by the vertically rising water in the duct and flows out of the one-way turbine and is discharged to the atmosphere, but when the gas is drawn back into the passage by suction, It needs to flow through the same unidirectional turbine but in the opposite direction, which requires a very complex adjustable flow turbine design.

본 시스템에서, 터빈(44)은 기본적인 공지된 디자인이고, 회전 가능한 샤프트의 한 말단 상에 위치된 중앙 허브(50)를 포함하는 로터(48) 및 허브(50)의 주변부 주위에 배열되고 주변부로부터 연장된 다수의 블레이드(52)를 포함하고 있으며, 로터(48)는 유로(40)와 유체 연결되어 있는 하우징(54) 내에 배치되어 있다. 터빈 블레이드(52)의 형상 및 허브(50)에 대한 이들의 방향은 터빈 하우징(54)을 통한 가스의 단방향의 축방향 흐름에 응답하여 터빈 로터(48)의 단방향 회전을 용이하게 한다.In this system, the turbine 44 is of a basic known design and includes a rotor 48 comprising a central hub 50 located on one end of a rotatable shaft and arranged around the periphery of the hub 50 and from the periphery. A rotor 48 containing a plurality of elongated blades 52 is disposed within a housing 54 in fluid communication with a flow path 40 . The shape of the turbine blades 52 and their orientation relative to the hub 50 facilitate unidirectional rotation of the turbine rotor 48 in response to a unidirectional axial flow of gas through the turbine housing 54 .

이러한 유형의 터빈에서 전형적인 바와 같이, 발전기는 터빈에 의한 회전을 위하여 구성되어 전기 에너지를 생성하며, 허브(50)의 위치에 대한 구동 샤프트의 다른 말단에서 터빈(44)의 구동 샤프트의 한 말단에 연결되어 있다.As is typical for this type of turbine, a generator is configured for rotation by the turbine to produce electrical energy, at one end of the drive shaft of turbine 44 at the other end of the drive shaft relative to the position of hub 50. It is connected.

설명된 시스템은 진동 공기의 압력 및/또는 흐름의 방향의 변화에 응답하도록 밸브(38)의 방향을 조정하는 능력 때문에 공지된 종래 기술에 비해 다른 중요한 작동 이점을 갖고 있다. 예를 들어, MSL 위로 연장된 부분 내의 제2 도관(14)에 위치된 다수의 밸브(38)를 개방 또는 폐쇄함으로써 덕트(10) 내의 진동수주의 빈도를 "튜닝(tune)"하여 바다로부터의 밀려오는 그리고 빠져나가는 파도의 이동의 빈도를 맞추는 것이 가능하다. 이렇게 함으로써, 덕트(10) 내의 상승하는 물에 대향하는 제2 도관(14)의 최상부 영역(36)의 유로(40) 내의 공기 압력 저항이 조절될 수 있다. 덕트(10)로 흐르는 그리고 덕트에서 흘러나오는 진동수주의 빈도가 수역(16)으로부터의 밀려오는 그리고 빠져나가는 파도의 빈도에 실질적으로 대응하는 경우, 덕트(10) 내에서의 진동 흐름들이 파도와 계속해서 순서가 뒤바뀌고 따라서 터빈(44) 내로의 공기의 과도한 난류 및 비효율적인 흡인을 받는 상황에서 작동할 필요보다는, 에너지 추출 장치의 작동은 그러면 더 원활하고 보다 효율적일 것이다.The described system has another significant operating advantage over the known prior art due to its ability to adjust the direction of valve 38 to respond to changes in the direction of flow and/or pressure of the oscillating air. For example, by opening or closing a number of valves 38 located in the second conduit 14 in the portion extending above the MSL, the frequency of the oscillatory columns in the duct 10 may be “tune” to allow for the push from the sea. It is possible to tailor the frequency of the movement of incoming and outgoing waves. By doing so, the air pressure resistance in the flow path 40 of the uppermost region 36 of the second conduit 14 opposing the rising water in the duct 10 can be regulated. When the frequency of the oscillatory waves flowing into and out of the duct 10 substantially corresponds to the frequency of the incoming and outgoing waves from the body of water 16, the oscillatory streams within the duct 10 continue with the waves. The operation of the energy extraction device will then be smoother and more efficient, rather than having to operate in a situation where the sequence is reversed and thus subject to excessive turbulence and inefficient drawing of air into the turbine 44 .

덕트 내의 진동수 흐름의 빈도의 이러한 "튜닝(tuning)"은, 예를 들어 밀려오는 그리고 빠져나가는 파도의 압력의 측정된 변화에 반응하는 제어 메커니즘을 사용하여 밸브 개구의 조정을 자동화함으로써 탁월 파랑 조건에 따라 연속적으로 수행될 수 있다. 이러한 장치에서, 제어 메커니즘은 하나 이상의 밸브(38)를 선택적으로 개방 또는 폐쇄 (또는 부분적으로 개방 또는 폐쇄)할 수 있다. 이 조정은 덕트(10)의 제2 도관(14)의 최상부 영역(36) 내의 유로(40)로의 그리고 유로로부터의 개구의 이용 가능한 횡단면적을, MSL 위에 놓여있는 제2 도관(14)의 전체 표면적의 비율로서 변경시킬 수 있으며, 이러한 비율은 이제 본 발명자에 의하여 "최적의 벤팅 비(venting ratio)"로 정의된다. 한 예에서, 최적의 벤팅 비는 15% 미만이지만, 10% 미만의 최적의 벤팅 비 또한 적합할 수 있다. 파도의 평균 파고 및 파도의 주기 (바다 상태는 매우 평온하거나 매우 거칠 수 있다)에 따라, 진동수 흐름이 덕트(10) 내에서 소비하는 시간을 최적화하기 위하여 더 낮은 또는 더 높은 최적의, 예를 들어 1% 정도의 벤팅 비가 요구될 수 있다 This "tuning" of the frequency of the oscillatory flow within the duct can be accomplished by automating the adjustment of valve openings, for example using a control mechanism that responds to measured changes in the pressure of incoming and outgoing waves to excellent wave conditions. can be performed continuously. In such a device, the control mechanism may selectively open or close (or partially open or close) one or more valves 38 . This adjustment reduces the available cross-sectional area of the openings to and from the flow path 40 in the uppermost region 36 of the second conduit 14 of the duct 10 to the entirety of the second conduit 14 overlying the MSL. surface area ratio, and this ratio is now defined by the present inventors as the "optimal venting ratio". In one example, the optimal venting ratio is less than 15%, but optimal venting ratios of less than 10% may also be suitable. Depending on the average wave height of the waves and the period of the waves (sea conditions can be very calm or very rough), a lower or higher optimum, for example, to optimize the time the frequency flow spends in the duct 10, is selected. Venting ratios as low as 1% may be required

덕트 내의 진동수 흐름의 빈도의 "튜닝"의 또 다른 예에서, 탁월 파랑 조건이 위험하거나 격렬한 경우, 예를 들어 폭풍 중에, 공기압 수두가 유로(40) 내에서 구축되도록 밸브 개방 제어 메커니즘이 사용되어 충분한 수의 밸브(38)를 폐쇄하고 잠글 수 있다. 이러한 "디-튜닝(de-tuning)"은 바다로부터의 가장 강한 파도가 멀리 덕트까지 도달하는 것을 배제함으로써 그리고 이를 통해 가능하게는 폭풍 피해로부터 밸브와 터빈을 보호함으로써 안전 특징부로서의 역할을 할 수 있다.In another example of "tuning" the frequency of the oscillatory flow within the duct, when storm surge conditions are hazardous or violent, such as during a storm, a valve opening control mechanism may be used to build a pneumatic head within the flow path 40 such that sufficient The water valve 38 can be closed and locked. This “de-tuning” can serve as a safety feature by precluding the strongest waves from the sea from reaching far into the duct and thereby possibly protecting valves and turbines from storm damage. there is.

도 2에 나타나 있는 바와 같이, 덕트의 제2 도관(14)의 최상부 영역(36)은 덕트(10)의 후방, 상부, 수직 측벽면(56) 상에 나타나 있는 4개의 버터플라이 밸브(38) 및 제2 도관(14)의 최상부 영역(36)의 최상부 수평 벽면(58) 상에 나타나 있는 3개의 버터플라이 밸브(38)를 갖고 있다. 다른 실시예에서, 위치 및 마주칠 예상 파랑 강도에 따라 덕트의 초기 구성 시점에 이 수보다 많거나 적은 밸브(38)가 설치될 수 있으며, 그에 의하여 이는 특정 덕트의 가능한 최대 벤팅 비를 변경시키는 설계 특징이다. 다른 실시예에서, 밸브의 유형 또한 달라질 수 있으며, 또한 상이한 유형의 밸브들의 조합(버터플라이, 일방향 체크 밸브 등)이 하나의 덕트에도 장착될 수 있다.As shown in FIG. 2 , the uppermost region 36 of the second conduit 14 of the duct has four butterfly valves 38 present on the rear, upper, vertical side wall surface 56 of the duct 10. and three butterfly valves 38 presenting on the uppermost horizontal wall 58 of the uppermost region 36 of the second conduit 14. In other embodiments, more or less than this number of valves 38 may be installed at the time of initial construction of the duct, depending on the location and expected wave strength to be encountered, whereby it is designed to change the maximum possible venting ratio of a particular duct. characteristic. In other embodiments, the types of valves may also vary, and combinations of different types of valves (butterflies, one-way check valves, etc.) may also be mounted in one duct.

파도가 덕트(10)로 들어감에 따라 밸브(들)(38)를 개방하고 뒤이어 밸브(들)(38)를 폐쇄하고 그리고 파도가 덕트(10)를 떠남에 따라 공기가 터빈(44)을 통해 제2 도관(14)으로 흡인되는 반복 단계들이 안정적인 패턴에 도달하면, 터빈(44)과 발전기는 절연 고압 구리 케이블에 의하여 (연안에 위치된 경우) 덕트(10)에서 (해안의) 육지에 전달될 수 있는 전기 에너지를 생성할 것이다.As the waves enter the duct 10, they open the valve(s) 38 followed by closing the valve(s) 38 and as the waves leave the duct 10, air passes through the turbine 44. When the repeating phases drawn into the second conduit 14 reach a stable pattern, the turbine 44 and generator are transferred from the duct 10 (if located offshore) to land (on the coast) by insulated high voltage copper cables. It will generate electrical energy that can be

크기의 일반적이고 비제한적인 표시로서, 전형적인 덕트는 약 8 내지 10미터 길이의 제1 도관 및 덕트가 위치된 수역의 기준 표면 또는 해양 해안선 위로 15 내지 18미터 연장된 제2 도관을 갖고 있다. 부식성 염분 환경에서 파랑에 의하여 반복적으로 가해지는 압력을 견딜 수 있도록 무게와 강도를 갖기 위하여 덕트의 구조체는 전형적으로 철근 콘크리트로 제조된다.As a general, non-limiting indication of size, a typical duct has a first conduit approximately 8 to 10 meters long and a second conduit extending 15 to 18 meters above the reference surface or ocean shoreline of the body of water in which the duct is located. The duct structure is typically made of reinforced concrete in order to have the weight and strength to withstand the repeated pressure exerted by waves in a corrosive salt environment.

본 발명자는 공기의 양방향 흐름으로 작동하도록 구성된 단방향 터빈보다는 공기의 단방향 흐름으로 작동하도록 구성된 단방향 터빈(44)으로부터 에너지 포획의 상당한 증가가 있다는 것을 새로운 에너지 추출 장치를 이용한 실험 결과로부터 알아내었다. 동등한 작동 기간 동안, 파도가 수역(16)을 향하여 덕트(10)에서 이동할 때 공기가 터빈(44)을 통하여 유로(40)로 흡인됨에 따라, 생성된 에너지는 동일한 방향으로 작동하는 흐름을 갖는 공지된 양방향 터빈 설계를 이용하여 이루어질 수 있었던 것보다 16% 우수하다. 이 개선된 결과는 덕트(10)에서 물을 끌어냄에 따라, 수역(16)의 흡입 빼냄에 더하여, 제2 도관(14) 내에 위치된 진동수주의 하향 정수압 수두의 조합에 의하여 야기된다고 믿어진다. 따라서, 본 시스템이 상이한 장치를 이용하여 유로(40)에 관하여 공기의 방출 단계와 흡입 단계를 분리하도록 구성될 수 있기 때문에, 덕트로부터의 파도 유출에 응답하여 작동하는 가스 흐름으로부터만 에너지를 포획하는 것이 가능하며, 이는 또한 최고의 위치 에너지를 갖는 흐름이기도 하다.The inventors have found from experimental results using the new energy extraction device that there is a significant increase in energy capture from a unidirectional turbine 44 configured to operate with a unidirectional flow of air rather than a unidirectional turbine configured to operate with a bidirectional flow of air. During an equivalent operating period, as air is drawn through turbine 44 and into flow path 40 as waves travel in duct 10 toward body of water 16, the energy produced is known to have flow operating in the same direction. 16% better than could have been achieved using a bidirectional turbine design. It is believed that this improved result is caused by a combination of the downward hydrostatic pressure head of the frequency column located in the second conduit 14, in addition to the suction withdrawal of the body of water 16 as it draws water from the duct 10. Thus, since the system can be configured to separate the release and intake stages of air with respect to the flow path 40 using different devices, it is possible to capture energy only from the gas flow operating in response to the wave outflow from the duct. is possible, which is also the flow with the highest potential energy.

본 발명자는 또한 파도 피어싱 립(30)의 특징부가 제1 도관(12)의 개방 마우스(20)에 부가될 때 에너지 포획의 상당한 증가가 있다는 점을 새로운 에너지 추출 장치를 이용한 실험 결과로부터 알아내었다. 덕트(10) 내로의 밀려오는 파도의 흐름의 가속된 전달은 이러한 특징부가 없는 공지된 진동 덕트 장치와 비교할 때, 생성될 수 있는 에너지의 20%의 추가 개선을 야기한다. 이 특징부는 덕트(10) 내로 더 많은 유체를 이동시키며 이는 결과적으로 파도가 덕트(10)를 떠남에 따라 더 많은 공기가 터빈(44)을 통하여 제2 도관(14)의 유로(40)로 흡인되게 하는 것으로 믿어진다. 본 발명의 파도 피어싱 립(30)은 특정 위치에서 파도의 MS 위에서 거의 언제나 보일 수 있도록 배열되어 있다.The inventors have also found from experimental results using the new energy extraction device that there is a significant increase in energy capture when the feature of the wave piercing lip 30 is added to the open mouth 20 of the first conduit 12. The accelerated transfer of the surf flow into the duct 10 results in a further improvement of 20% in the energy that can be produced when compared to known vibrating duct arrangements without this feature. This feature moves more fluid into the duct 10 which in turn causes more air to be drawn through the turbine 44 and into the flow path 40 of the second conduit 14 as the waves leave the duct 10. It is believed to make The wave piercing lip 30 of the present invention is arranged so that it is almost always visible over the MS of a wave at a specific location.

진동하는 유체 덕트와 같은 무겁고 견고한 장치를 수역의 가장자리에서 물 속에 안전하게 위치시키는 것은 어려움이 뒤따른다. 따라서 본 발명자는 (건식 도크와 같은) 잠수식 부유 도크(35)를 사용하여 장치를 위치시키는 방법을 강구하였다. 도 8 내지 도 13의 순서가 참조되어야 한다.It is difficult to safely position heavy and rigid devices such as vibrating fluid ducts in water at the edge of a body of water. Accordingly, the present inventors have devised a method of positioning the device using a submersible floating dock 35 (such as a dry dock). Reference should be made to the sequence of FIGS. 8 to 13 .

물에 잠기지 않은 상태에서, 장치(10)의 수중 위치를 위하여 선적 선박(37) 뒤에서 예인함으로써 도크(35)는 이동될 수 있다. 진동 파도 컬럼 장치(10)에는 최종 단계에서의 위치 결정을 위해 요구되는 경우에 사용하기 위한 부유 보조 기구(41)가 그 자체에 장착되어 있다. 조립된 진동 유체 덕트가 설치 준비되면, 잠수식 부유 도크 상에 위치된다 (또는 공사 단계 중에 그의 플랫폼의 상단에 구축된다). 물에 잠기지 않은 부유 도크 및 덕트는 긴 케이블(39)을 사용하는 선적 선박, 예를 들어 예인선 뒤에서 예인되어 오션 에지(ocean edge)/서프 에지(surf edge) 영역과 같은, 수역 상의 장치의 예정 목적지를 향하는 방향으로 이동될 수 있다.While not submerged, dock 35 can be moved by towing behind shipping vessel 37 for underwater positioning of device 10 . The vibrating wave column device 10 is itself equipped with a flotation aid 41 for use when required for positioning in the final stage. When the assembled vibrating fluid duct is ready for installation, it is placed on a submersible floating dock (or built on top of its platform during the construction phase). Unsubmerged floating docks and ducts are towed behind shipping vessels, e.g. tugboats, using long cables (39) for intended destination of devices on water bodies, such as ocean edge/surf edge areas. can be moved in the direction of

최종 위치 근처에 있으면, 부유 도크는 잠수될 수 있으며, 덕트는 자체 부유 보조 기구에 의해 물에 떠 있는 상태를 유지한다. 이 부유 보조 기구는 중공 부표 패널, 팽창식 가스 풍선 등과 같은 많은 형태일 수 있다. 부유 덕트와 물에 잠긴 부유 도크가 서로 떨어지면, 부유 덕트는 자체적으로 그의 원하는 최종 작동 위치로 단거리 예인될 수 있으며, 부유 보조 기구는 그후 제거되거나 수축된다. 이 유닛은 그후 중력 하에서 해안가 해저 상의 그의 위치에 자리를 잡고 물 속의 그위 최종 위치에서 부분적으로 잠긴 상태를 유지할 것이며, 여기에서 유닛은 파도를 포획하고 에너지를 생성할 것이다.Once near its final position, the floating dock can be submerged, and the duct is kept afloat by its own flotation aids. This floating aid can be of many forms, such as hollow buoy panels, inflatable gas balloons, and the like. When the floating duct and the submerged floating dock are separated from each other, the floating duct itself can be towed a short distance to its desired final operating position, and the floating aid is then removed or retracted. This unit will then settle in its position on the seabed offshore under gravity and remain partially submerged in its final position in the water, where it will catch waves and generate energy.

잠수식 도크를 사용하는 것은 외해를 가로질러 이동하여 최종 설치를 위한 멀리 떨어진 해안선에 도달할 때 이러한 대형 장치의 취급 안정성과 같은 큰 이점을 제공한다. 부유 도크는 악천후에 덕트 장치가 전복되거나 가라앉는 위험을 최소화한다.Using submersible docks offers great advantages such as handling stability for these large devices as they move across the open sea to reach remote shorelines for final installation. A floating dock minimizes the risk of the ductwork capsizing or sinking in bad weather.

실험 부분experimental part

실험 성능 결과는 파랑 에너지 컨버터(WEC)로서 진동수주(OWC)의 본 실시예에 대해 제시된다. 이 장치를 위한 작동 원리는 정압 시간 동안 개방되고 그에 의하여 공기 챔버를 통기시키고 공기 챔버 압력이 부압일 때 닫히며 따라서 공기를 단반향 공기 터빈 동력 인출 장치(PTO; Power Take-Off)를 통해 빨아들이는 공기 밸브를 사용한다. 결과는 규칙적인 그리고 불규칙한 바다 모두에 대해 제시된다.Experimental performance results are presented for this embodiment of a frequency column (OWC) as a wave energy converter (WEC). The operating principle for this unit is to open during positive pressure times thereby venting the air chamber and to close when the air chamber pressure is negative, thus drawing air through a unidirectional air turbine power take-off (PTO). uses an air valve. Results are presented for both regular and irregular seas.

프로토타입 최상부 립 및 전면 벽면 기하학적 구조는 장치의 작동 특성에 긍정적으로 영향을 미치는 것으로 보이는 설계 특징부이다. 실험 결과는 이 단방향 프로토타입이 광범위한 파도 빈도에 걸쳐 매우 우수한 에너지 수확 능력을 보일 것이라는 점을 나타낸다.The prototype top lip and front wall geometry are design features that appear to positively influence the operating characteristics of the device. Experimental results indicate that this unidirectional prototype will exhibit very good energy harvesting capabilities over a wide range of wave frequencies.

OWC는 부분적으로 물에 잠기고 해저에 올라앉으며 수중 개구부를 통해 바다로 통기되는 대형 중공 콘크리트 챔버이다. 공기 터빈이 수용되어 있는 챔버는 또한 흘수선 위의 대기에 대한 작은 개구를 포함하고 있다.The OWC is a large hollow concrete chamber that is partially submerged, sits on the seabed and is vented to the sea through an underwater opening. The chamber in which the air turbine is housed also contains a small opening to the atmosphere above the waterline.

파정과 파랑골이 일반적인 OWC를 지나감에 따라 물은 챔버의 물에 잠긴 개구를 통하여 챔버로 들어오고 나가게 된다. 이 물은 챔버 내부에서 상승하고 떨어져 위에서 가두어진 공기의 압력을 정압과 부압 사이에서 진동시킨다. 일부 이전의 실시예에서, 이렇게 함에 따라 전기를 안정적으로 생성하기 위해서, 이러한 압력 변동은 공기를 챔버의 최상부에서 양방향 터빈을 강제로 통과하도록 한다.As the rupture and parangol pass through the normal OWC, water enters and exits the chamber through the chamber's waterlogged opening. This water rises and falls inside the chamber, causing the pressure of the air trapped above to oscillate between positive and negative pressure. In some earlier embodiments, these pressure fluctuations force air through the bi-directional turbine at the top of the chamber, in order to thereby reliably generate electricity.

본 발명의 OWC와 일반적인 OWE 간의 기본적인 개념적 차이는 터빈이 한 방향으로부터의 공기 흐름에만 노출된다는 것이다. 수동 공기 흐름 밸브는 공기가 챔버를 빠져나가는 것은 허용하지만, 복귀하는 것은 허용하지 않는다. 이는 단방향 공기 흐름을 위해 최적화될 수 있다는 것을 의미하는 더 단순한 설계 제약을 야기한다. 또한, 터빈은 낮은 마찰 손실을 보인다.The basic conceptual difference between the OWC of the present invention and the conventional OWE is that the turbine is exposed to airflow from only one direction. A manual air flow valve allows air to exit the chamber but not return. This results in simpler design constraints which means it can be optimized for unidirectional air flow. Also, the turbine exhibits low frictional losses.

파도 주기의 절반 동안만 공기가 공기 터빈을 통하여 전달되지만, 전체 파도 주기로부터의 (일반적인 난류 및 마찰 손실을 뺀) 거의 모든 에너지가 추출에 이용 가능하다. 이 과정이 도 17에서 도시된 바와 같이, 에너지 균형에 의하여 보다 상세히 설명된다.Although air is transferred through the air turbine for only half of the wave cycle, almost all of the energy from the full wave cycle (minus normal turbulence and frictional losses) is available for extraction. This process is explained in more detail by energy balance, as shown in FIG. 17 .

A. 단방향 공기 터빈 동력 인출 장치A. One-way air turbine power take-off

본 발명자는 OWC의 공기압에 의해 유도된 공기 흐름으로부터 동력을 추출하기 위하여 일반적인 스테이터+로터 유형의 터빈 설계를 개발하였다. 일단 터빈은 매우 넓은 범위의 압력 강하 조건에 대해 단방향 공기 유입으로 작동한다. 터빈 공기 차압(

Figure pat00001
)에 대한 예상 터빈 효율이, Aoleus 평균선 터빈 성능 분석으로 생성된 도 16에 나타나 있다. (각속도가 곱해지고, 체적 유량이 곱해진 압력 강하로 나누어진 토크의 곱으로서 측정된) -30kPa에 이르는 일반적인 작동 범위에서 가중 평균 터빈 효율은 650 RPM의 일정한 터빈 회전 속도에 기초하여 77%이다.The inventors have developed a conventional stator+rotor type turbine design to extract power from the airflow induced by the air pressure of the OWC. First, the turbine operates with a one-way air intake over a very wide range of pressure drop conditions. Turbine air differential pressure (
Figure pat00001
The expected turbine efficiency for ) is shown in FIG. 16 generated by Aoleus Mean Line Turbine Performance Analysis. The weighted average turbine efficiency over a typical operating range up to -30 kPa (measured as the product of torque multiplied by angular velocity and divided by pressure drop multiplied by volume flow rate) is 77% based on a constant turbine rotational speed of 650 RPM.

B. WSE OWC 기하학적 구조B. WSE OWC Geometry

본 발명자에 의하여 채택한 기하학적 디자인 특징부는 도 5에서 가장 명확하게 나타나 있는 경사진 전방 립과 뾰족한 보우의 도입을 포함하고 있다. 이 기하학적 향상은 수력학적 성능을 향상시키고 OWC 전면 상에서의 파도 하중을 감소시킬 목적으로 포함되었다.Geometric design features employed by the present inventors include the introduction of a sloping front lip and pointed bow, most evident in FIG. 5 . This geometrical enhancement was included with the goal of improving hydrodynamic performance and reducing wave loads on the front of the OWC.

C. 킹 아일랜드 프로토타입C. King Island Prototype

킹 아일랜드는 배스 해협의 서부 해역에 위치하고 있으며, 태즈 매니아와 호주 본토 사이에서 거의 등거리에 있다. 약 1,700명의 인구를 가진 이 섬은 풍력 터빈, 일부 태양열, 축전지로 구성된 자체 그리드 시스템으로 동력을 공급받으며, 디젤 발전으로 보완된다.King Island is located in the western waters of Bass Strait, approximately equidistant between Tasmania and mainland Australia. The island, with a population of about 1,700, is powered by its own grid system consisting of wind turbines, some solar and storage batteries, supplemented by diesel power generation.

킹 아일랜드의 파일럿 플랜트 프로젝트는 해안에서 약 700m의, 10미터의 평균 해수면 깊이에 위치되어 있다. 이 프로젝트를 위한 OWC 장치의 새로운 설계는 폭이 20미터일 것이며, 1 MW의 공칭 최대 전기 생성 용량을 가질 것이다. 이 위치에 대한 파도 상태는 45kW/m보다 크며, 이는 파랑 에너지원 면에서 세계에서 최고 중 하나로 평가된다. 적합한 그리드 연결부에 가까이에 위치된, 제안된 현장의 수심 측량 및 아래 바닥 프로파일링(sub-bottom profiling)을 완료하였다.King Island's pilot plant project is located approximately 700 m from the coast, at an average sea level depth of 10 m. The new design of the OWC unit for this project will be 20 meters wide and will have a nominal maximum electricity generating capacity of 1 MW. Wave conditions for this location are greater than 45 kW/m, which ranks among the best in the world in terms of wave energy sources. A bathymetry and sub-bottom profiling of the proposed site, located close to suitable grid connections, was completed.

실험 설정Experiment setup

길이 35m, 폭 12m 및 깊이 1m이지만, 실물 크기의 프로토타입에서 깊이 10m와 같은 333㎜의 깊이로 채워질 수 있는 호주 해양 대학의 모델 테스트 수조(model test basin; MTB)에서 실험을 수행하였다. MTB에는 한 말단에 16 피스톤 유형 조파기 패들(paddle)이 그리고 다른 말단에 수동형 비치(passive beach)가 장착되어 있다. 모델을 조파기로부터 12m의 MTB 중심에 위치시켰다.Experiments were performed in the Australian Maritime University's model test basin (MTB), which is 35 m long, 12 m wide and 1 m deep, but can be filled to a depth of 333 mm, equivalent to 10 m deep in a full-scale prototype. The MTB is equipped with a 16-piston type drill paddle at one end and a passive beach at the other end. The model was positioned at the center of the MTB 12 m from the driller.

내부 챔버 수위의 시각적인 관찰을 가능하게 하도록 투명 아크릴 면을 갖는 합판으로 1:30 비율의 모델을 제조하였다. 3D 인쇄 수동 체크 밸브 본체들이 모델의 뒷면과 측면에 장착되며, 아세테이트 시트가 본체의 최상단 에지에 가볍게 힌지 연결되어 밸브가 최소한의 챔버 공기 정압으로 개방되는 것을 허용한다. 일단 터빈과 유사한 비선형 압력/유량 관계를 나타내는 오리피스 플레이트를 이용하여 동력 인출 장치(PTO)를 시뮬레이션하였다.A 1:30 scale model was made from plywood with a clear acrylic side to allow visual observation of the inner chamber water level. 3D printed manual check valve bodies are mounted on the back and sides of the model, with an acetate seat lightly hinged to the top edge of the body to allow the valve to open with minimal chamber air pressure. First, a power take-off (PTO) was simulated using an orifice plate that exhibited a non-linear pressure/flow relationship similar to that of a turbine.

챔버 루프의 각 측면에 하나 그리고 최상단 투명 박스의 측면에 하나의 3개의 개별 압력 트랜스듀서(Ocean Controls 장비 증폭기 KTA 284에 의해 조정된 1 psi Honeywell TSC 센서)를 이용하여 공기 챔버 차압을 모니터링하였다. 각 압력 센서가 거의 동일한 값을 생성하는 것으로 밝혀졌다 (예를 들어, 도 18 참조). 6개의 저항성 파도 프로브에 의하여 챔버 수면 표고를 모니터링하였다. 파도 프로브를 HR Wallingford 파도 프로브 신호 컨디셔닝 박스를 통하여 데이터 획득 시스템에 연결하였다.Air chamber differential pressure was monitored using three separate pressure transducers (1 psi Honeywell TSC sensor calibrated by an Ocean Controls instrument amplifier KTA 284), one on each side of the chamber roof and one on the side of the top transparent box. It was found that each pressure sensor produced approximately the same value (see eg FIG. 18 ). Chamber surface elevation was monitored by means of six resistive wave probes. The wave probe was connected to the data acquisition system through the HR Wallingford wave probe signal conditioning box.

BNC 터미널 박스에 연결된 16 비트 National Instruments PCI 카드 (NI PCI-6254)를 사용하여 200Hz 속도로 데이터를 획득하였다. 데이터 기록을 파도 패들 움직임(wave paddle motion)을 이용하여 트리거 하였으며, 규칙 파도에 대해서는 30초 그리고 불규칙 파도에 대해서는 600초 (실물 크기 30분 상당) 동안 기록하였다.Data was acquired at 200 Hz using a 16-bit National Instruments PCI card (NI PCI-6254) connected to a BNC terminal box. Data recording was triggered using wave paddle motion, and recorded for 30 seconds for regular waves and 600 seconds (equivalent to 30 minutes in life size) for irregular waves.

방법론methodology

A. 바다 상태A. Sea conditions

규칙 파도와 불규칙 파도 모두를 이 분석에서 조사하였다. 실물 크기 상당의 불규칙 파도(JONSWAP)가 표 1에 요약되어 있다. 킹 아일랜드 테스트 현장에서 발생될 것으로 예상되는 조건을 기초로 하여 테스트된 불규칙 파도 조건을 선정하였다. 불규칙 파도의 파고와 빈도를 포함하도록 테스트된 규칙 파도를 선택하였다. 파도 보정 테스트를 수조에서 WEC 모델없이 수행하였다.Both regular and irregular waves were investigated in this analysis. Life-size equivalent irregular waves (JONSWAP) are summarized in Table 1. The irregular wave conditions tested were selected based on conditions expected to occur at the King Island test site. Regular waves were selected to be tested to include wave heights and frequencies of irregular waves. Wave calibration tests were performed without the WEC model in a water bath.

MTB에서 테스트된 실물 크기 불규칙 파도Life-size irregular waves tested on MTB 불규칙 파도 Hs 및 TpIrregular waves Hs and Tp 0.6 m 6.5 s
0.6 m 8.8 s
0.6 m 10.7 s
0.6 m 12.4 s
0.6 m 15.0 s
0.6 m 17.1 s
0.6 m 18.9 s
1.4 m 9.0 s
1.4 m 10.8 s
1.4 m 12.4 s
1.4 m 14.9 s
0.6m 6.5s
0.6m 8.8s
0.6m 10.7s
0.6m 12.4s
0.6 m 15.0 s
0.6m 17.1s
0.6 m 18.9 s
1.4 m 9.0 s
1.4m 10.8s
1.4 m 12.4 s
1.4 m 14.9 s
1.4 m 19.1 s
1.4 m 17.2 s
1.5 m 6.5 s
1.5 m 9.0 s
1.8 m 10.8 s
1.8 m 14.9 s
1.8 m 19.0 s
2.1 m 12.6 s
2.2 m 9.2 s
2.2 m 10.8 s
2.2 m 14.8 s
1.4 m 19.1 s
1.4 m 17.2 s
1.5m 6.5s
1.5 m 9.0 s
1.8m 10.8s
1.8 m 14.9 s
1.8 m 19.0 s
2.1 m 12.6 s
2.2 m 9.2 s
2.2m 10.8s
2.2m 14.8s
2.2 m 17.2 s
2.2 m 19.0 s
2.4 m 6.5 s
2.6 m 10.8 s
2.7 m 19.0 s
2.7 m 14.8 s
3.0 m 6.5 s
3.0 m 9.2 s
3.0 m 12.6 s
3.0 m 17.3 s
3.1 m 10.8 s
2.2 m 17.2 s
2.2 m 19.0 s
2.4m 6.5s
2.6m 10.8s
2.7 m 19.0 s
2.7m 14.8s
3.0m 6.5s
3.0m 9.2s
3.0 m 12.6 s
3.0m 17.3s
3.1 m 10.8 s
3.1 m 14.8 s
3.1 m 19.0 s
3.3 m 6.5 s
3.4 m 9.2 s
3.4 m 12.6 s
3.4 m 17.5 s
3.5 m 10.3 s
3.6 m 12.7 s
3.6 m 17.5 s
3.8 m 10.3 s
4.1 m 12.6 s
3.1 m 14.8 s
3.1 m 19.0 s
3.3m 6.5s
3.4 m 9.2 s
3.4m 12.6s
3.4m 17.5s
3.5m 10.3s
3.6m 12.7s
3.6m 17.5s
3.8m 10.3s
4.1 m 12.6 s

B. 공압 동력공압 공력은 다음과 같이 계산된다.B. Pneumatic power Pneumatic power is calculated as follows.

Figure pat00002
Figure pat00002

여기서,

Figure pat00003
는 공기 챔버 차압이며,
Figure pat00004
는 공기 체적 유량이다.here,
Figure pat00003
is the air chamber differential pressure,
Figure pat00004
is the air volume flow rate.

선택된 모델 비율(1:30)로 인하여, 공기 압축성은 무시할만한 것으로 간주된다. 공기 유입 속도는 하기 수학식을 이용하여 공기 챔버 차압으로부터 계산된다:Due to the selected model ratio (1:30), air compressibility is considered negligible. The air inlet rate is calculated from the air chamber differential pressure using the equation:

Figure pat00005
Figure pat00005

여기서,

Figure pat00006
는 오리피스 배출 계수이며,
Figure pat00007
m2는 제한 오리피스 횡단면적이고,
Figure pat00008
=1.4kgm-3는 공기 밀도이다. 인-시튜 교정(in-situ calibration)은 공기 유입에 대해 계수를
Figure pat00009
가 되도록 결정하였으며, 이는
Figure pat00010
가 흐름 평가를 위하여 합리적이고 보수적인 것을 의미한다. 챔버에는 공기 밸브가 장착되어 있기 때문에; 공기 유출은 동력 생산에 기여하지 않으며, 또한 AO가 변수가 되기 때문에 공기 압력차를 이용하여 공기 유출을 신뢰성있게 예측할 수 없다.here,
Figure pat00006
is the orifice discharge coefficient,
Figure pat00007
m 2 is the limiting orifice cross-section;
Figure pat00008
=1.4 kgm -3 is the air density. In-situ calibration measures the air entrainment.
Figure pat00009
It was decided to be, which
Figure pat00010
means that is reasonable and conservative for flow assessment. Because the chamber is equipped with an air valve; Air leakage does not contribute to power production, and since A O is a variable, air leakage cannot be predicted reliably using the air pressure difference.

C. 입사 파력 C. incident wave force

규칙 파력은 하기 식에 따라 중간 수심 계산을 이용하는 선형 이론으로 계산된다.The regular wave force is calculated by linear theory using mid-depth calculations according to the equation below.

Figure pat00011
Figure pat00011

Figure pat00012
Figure pat00012

여기서, E는 에너지 밀도 (단위 표면적 당 에너지), Cg는 중간 수심에 대하여 해결된 파도 군속도(wave group celerity),

Figure pat00013
1000kgm-3는 물 밀도,
Figure pat00014
ms-2는 중력 가속도, h는 마루에서 골까지 측정된 파고이다. 평균 불규칙 파력은 하기와 같다.where E is the energy density (energy per unit surface area), C g is the wave group celerity resolved for intermediate depths,
Figure pat00013
1000 kgm -3 is the density of water,
Figure pat00014
ms -2 is the gravitational acceleration, h is the wave height measured from the crest to the trough. The average irregular wave force is as follows.

Figure pat00015
Figure pat00015

여기서,

Figure pat00016
이고,
Figure pat00017
는 (파도 기록의 한 표준 편차와 동일한) 제1 분광 모멘트이며,
Figure pat00018
는 (분광 분석에서 유도된) 에너지 주기(
Figure pat00019
)이다.here,
Figure pat00016
ego,
Figure pat00017
is the first spectral moment (equal to one standard deviation of the wave history),
Figure pat00018
is the energy cycle (derived from spectroscopic analysis)
Figure pat00019
)am.

D. 공압 효율D. Pneumatic efficiency

공압 효율은 장치의 폭에 걸쳐 동등한 파력으로 나누어진 추출된 공압 동력의 비율로서 정의된다.Pneumatic efficiency is defined as the ratio of the extracted pneumatic power divided by the equivalent wave power across the width of the device.

Figure pat00020
Figure pat00020

여기서 W는 파도 정면을 향하는 장치 폭이다.where W is the device width facing the wave front.

E. 결과의 스케일링E. Scaling of Results

결과를 간략화된 푸루드(Froude) 유사 스케일링을 이용하여 표 2(

Figure pat00021
)에 따라 실물 크기로 스케일하였으며, 물 밀도의 차이는 무시된다.Results are shown in Table 2 (using simplified Froude-like scaling)
Figure pat00021
), and the difference in water density is ignored.

프로우드 스케일링Proud Scaling 단위unit 지수jisoo 길이length λλ 압력enter λλ 동력power λ7/2 λ 7/2 시간hour λ1/2 λ 1/2

F. 에너지 균형에너지 균형은 소스에서 임시 저장부로의 그리고 최종적으로 싱크(sink)로의 에너지 흐름의 시각적 표현이다. 도 17은 공기 밸브를 위한 부가적인 경로와 함께 OWC에 대한 에너지 균형을 보여주고 있다. 실선과 화살표는 시스템 내에서 에너지의 흐름의 가능한 방향을 보여주고 있다. 파선은 덜 중요한 에너지 흐름 연결을 보여주고 있다. 100% 공압 변환 효율을 위하여, 모든 에너지는 밀려오는 파도(소스)에서 동력 인출 장치(싱크)로 흘러야 한다.실제적으로 말하자면, 물결 파도 내의 모든 에너지는 추출될 수 없으며, 여기서 일부 에너지가 결국 비유용한 형태 (경계 효과와 같은 점성 손실 또는 와류 방출과 같은 난류 손실)로 변환되거나 WEC에서 반향 또는 WEC 주위에서 회절된다. 임의의 유형의 OWC WEC에 대한 에너지 흐름의 기본 경로는 밀려오는 파도에서 수주 히브(water column heave)까지, 그후 공기 챔버와 대기 간의 공기 압력 차이에 의하여 구동되는 동력 인출 장치(공기 터빈)까지이다. 양방향 공기 터빈을 갖는 OWC에 대해서는, 공기 밸브는 존재하지 않으며, 따라서 압력 차이는 전체 주기 동안에 터빈을 구동한다.F. Energy Balance Energy balance is a visual representation of energy flow from a source to temporary storage and finally to a sink. Figure 17 shows the energy balance for OWC with an additional path for the air valve. Solid lines and arrows show possible directions of energy flow within the system. Dashed lines show less significant energy flow connections. For 100% pneumatic conversion efficiency, all the energy must flow from the surging wave (source) to the power take-off (sink). Practically speaking, not all energy within a wave wave can be extracted, where some energy ends up being useless. form (viscous loss, such as boundary effect, or turbulent loss, such as vortex emission) or reverberated at the WEC or diffracted around the WEC. The basic path of energy flow for any type of OWC WEC is from the surf to the water column heave and then to the power take-off (air turbine) driven by the air pressure difference between the air chamber and the atmosphere. For OWCs with bi-directional air turbines, there is no air valve, so the pressure differential drives the turbine during the entire cycle.

공기 밸브가 존재하는 개념을 위하여, 변환 주기의 전반기 동안 수위가 상승하여 공기 챔버 정압을 야기한다. 공기는 이후 공기 밸브를 통하여 흐르며, 에너지 또한 수주 히브로서 위치 에너지 형태로 저장되고 있다. 수학식 1에 의해 정의된 바와 같이, 공압 동력은 공기 차압(

Figure pat00022
)과 공기 유량(
Figure pat00023
)의 곱이다. 이 사이클의 이 절반 동안 공기 밸브 (터빈 기하학적 구조에 따라 잠재적으로 PTO)를 통한 에너지 손실은 이 기간 중의 공압 동력의 적분값이다.For the concept where the air valve is present, during the first half of the conversion cycle the water level rises causing the air chamber static pressure. Air then flows through the air valve, and energy is also stored in the form of potential energy as water column heave. As defined by Equation 1, the pneumatic power is the air differential pressure (
Figure pat00022
) and air flow rate (
Figure pat00023
) is the product of The energy loss through the air valve (potentially the PTO depending on the turbine geometry) during this half of the cycle is the integral of the pneumatic power during this period.

변환 손실을 최소화하는 것이기 주요 목적이기 때문에, 밸브에 의해 소비되는 동력은 최소화되어야 한다. 공기 흐름이 수주 히브로서 최대의 에너지 저장을 가능하게 하기 위하여 방해받지 않아야 하기 때문에, 수학식 1의 물리적 고려 후에 이는 단지 압력 차이를 최소화함으로써 달성할 수 있다. 실제적으로, 이는 공기 밸브 영역을 최대화하고 낮은 배압을 갖는 밸브를 이용함으로써 달성된다.Since minimizing conversion losses is the main objective, the power consumed by the valve must be minimized. Since the air flow must be unobstructed to enable maximum energy storage as a water column heave, after physical considerations in Equation 1 this can be achieved only by minimizing the pressure differential. In practice, this is achieved by maximizing the air valve area and using a valve with a low back pressure.

주기의 후반기 동안 수위가 떨어지기 시작하여 공기 챔버 부압을 야기한다. 공기 밸브가 폐쇄되어 그 결과 모든 밀려오는 파랑 에너지에 수주 히브에 저장된 에너지까지 PTO에서 사용 가능하며, 이 PTO는 WSE 개념의 경우에 맞춤형 단방향 공기 터빈이다.During the second half of the cycle, the water level begins to drop causing air chamber negative pressure. The air valve is closed so that all incoming wave energy up to the energy stored in the water column heave is available to the PTO, which in the case of the WSE concept is a custom one-way air turbine.

도 18은 공기 챔버 압력, 챔버 수주 히브 (저장부) 및 수주에 인접한 통과 수면 프로파일 (입사 파도) 간의 관계를 보여주고 있는 실험 데이터의 플롯(plot)이다. 공기 챔버 압력은 챔버 수위 (공기 밸브를 통한 최소 에너지 손실)가 상승하고 있는 동안은 단지 약간 정압이며 챔버 수위가 떨어지고 있는 동안에는 상당히 부압이라는 것은 분명하다.18 is a plot of experimental data showing the relationship between air chamber pressure, chamber water column heave (reservoir) and passing water profile adjacent to the water column (incident wave). It is clear that the air chamber pressure is only slightly positive while the chamber level is rising (minimum energy loss through the air valve) and significantly negative while the chamber level is falling.

결과 result

결과는 규칙 파도와 불규칙 파도 모두에 노출되었을 때의 역랑(head sea)에서의 장치 동력 성능에 대하여 하기 부분에 제시되어 있다. 실물 크기의 외삽 결과와 효율 결과 모두가 제시되어 있다.The results are presented in the following section for unit power performance in head seas when exposed to both regular and irregular waves. Both full-scale extrapolation results and efficiency results are presented.

규칙 파도 결과 rule wave result

도 19는 실물 크기로 외삽된 규칙 파도 공압 동력 결과를 보여주고 있다. 결과를 조파기의 237 분리 실행으로부터 컴파일하였다. 원하는 것으로부터의 생성된 파도 높이의 편차로 인하여, 공압 동력에 대한 선형 교정 (

Figure pat00024
, 여기서
Figure pat00025
는 원하는 높이이며,
Figure pat00026
는 실제 물마루에서 골까지의 높이)을 적용하였다. 더 큰 파고 (2.7m 및 3.0m)의 경우, 동력 출력은 다소 불규칙하게 보이며, 이는 챔버 내에서의 수위가 챔버와 전방 립을 지난 대기 간의 별도의 대기 연결을 위하여 충분히 떨어짐에 따라 챔버로부터의 압력 손실의 영향을 받는 것으로 밝혀졌다.Figure 19 shows the regular wave pneumatic power results extrapolated to full scale. Results were compiled from 237 separate runs of the driller. Due to the deviation of the generated wave height from the desired one, a linear correction to the pneumatic power (
Figure pat00024
, here
Figure pat00025
is the desired height,
Figure pat00026
is the height from the actual trough to the trough) was applied. For larger wave heights (2.7 m and 3.0 m), the power output appears somewhat erratic, as the water level in the chamber drops sufficiently for a separate atmospheric connection between the chamber and the atmosphere past the front lip, thereby reducing the pressure from the chamber. found to be affected by losses.

변화하는 파도 주기 동안, 8초와 12초의 주기들 사이에 거의 대등한 공압 동력의 생산이 있었으며, 뒤이어 13초에서 16초 간의 하락 및 16초 내지 18초에 적당한 증가와 균일함이 있었다는 것을 알 수 있다.During the changing wave period, it can be seen that there is an almost equal production of pneumatic power between periods of 8 and 12 seconds, followed by a drop from 13 to 16 seconds and a moderate increase and uniformity from 16 to 18 seconds. there is.

도 20은 규칙 파도에 작용하는 장치의 공압 효율을 보여주고 있다. 최고 효율은 약 1 내지 1.1의 값으로 8초 바로 아래에서 발생하는 것으로 보여졌다 (더 낮은 파고에 대해 개선됨). 공압 효율이 약 0.8 내지 0.9 인 12초에서 두 번째로 낮은 최고값이 존재하며, 이 두 번째 최고값은 전방 립과 뾰족한 보우 기하학적 구조와 관련이 있는 것으로 추정되었다. 12초 이상의 파도 주기에 대하여, 효율은 14초 이후 0.3에서 0.5 사이에서 수평을 이룰 때까지 급격하게 줄어든다.20 shows the pneumatic efficiency of the device acting on regular waves. Peak efficiency was shown to occur in just under 8 seconds with values of about 1 to 1.1 (improving for lower wave heights). There is a second lowest peak at 12 seconds with a pneumatic efficiency of about 0.8 to 0.9, and this second peak was estimated to be related to the anterior lip and pointed bow geometry. For wave periods longer than 12 s, the efficiency decreases rapidly after 14 s until it levels out between 0.3 and 0.5.

보다 긴 주기 파도는 또한 일반적으로 보다 짧은 주기 파도보다 더 많은 에너지를 포함하고 있기 때문에 보다 긴 주기 파도에 대한 효율 손실은 다소 덜 불리한 것으로 고려되었다. 그러나 도 19를 다시 참조하면, 13 내지 15초 사이의 파도 주기 동안의 공압 성능의 현저한 감소가 아직 존재하였으며, 이는 앞으로의 연구를 위해 보류된 부분이다.Efficiency losses for longer period waves were considered somewhat less detrimental because longer period waves also generally contain more energy than shorter period waves. However, referring again to FIG. 19, there was still a significant decrease in pneumatic performance during the wave period between 13 and 15 seconds, which is reserved for further study.

불규칙 파도 결과irregular wave result

예측된 실물 크기의 공압 동력 매트릭스 결과를 그리드데이터 기능(griddata function)을 이용하여 총 47개의 다른 파도 기록으로부터 계산하여 2D 선형 보간을 수행하였다. 규칙 파도 결과에서 밝혀진 것과 유사하게; 공압 동력 생산은 더 낮은 주기 파도에 대하여 가장 우수하였으며 최고의 평균 동력 생산은 11 내지 13초 최고기(

Figure pat00027
) 사이에서 일어났다. 마찬가지로, 효율은 13초가 포함된 13초까지 모든
Figure pat00028
에 대하여 0.5를 훨씬 넘는다.The predicted full-scale pneumatic power matrix results were calculated from a total of 47 different wave records using the griddata function, and 2D linear interpolation was performed. Similar to what was revealed in the rule wave results; Pneumatic power production was best for the lower periodic waves, with the best average power production peaking at 11 to 13 seconds (
Figure pat00027
) occurred between Similarly, the efficiency is all up to 13 seconds including 13 seconds.
Figure pat00028
far exceeds 0.5 for

논의Argument

공기 압축성은 푸루드(Froude) 스케일 외삽 모델 테스트 결과와 비교하여 실제 바다에 대하여 더 낮은 공압 성능을 산출하는 것으로 알려져 있다. 다른 연구자들이 3D 수치 코드를 사용하여 이 문제를 조사하고 있으며 일반적인 OWC PTO에 대하여 약 12%의 과대평가가 있음을 밝혀내었다. 따라서 이 단순 교정은 공압 동력 외삽 결과를 줄임으로써 성능 평가에 적용될 수 있다. 그러나, 효율 감소는 공기 압축성 체적의 함수라는 것이 또한 알려져 있다. 본 발명의 새로운 개념의 OWC는 챔버 수면 고도를 더 높게 상승시키기 때문에, 챔버 공기 체적은 결과적으로 감소된다. 그러나 이 개념은 희박화(rarefaction)만을 포함하고 압축성을 포함하지 않기 때문에 스케일링 오류의 12%의 추정치가 다소 극단적일 가능성이 있다. 또한 (계한된 0.691 대신에) 0.6의 보수적인 유량 계수는 이 경우 임의의 스케일링 문제를 보상하기 위하여 충분히 보수적인 추정치로 생각된다.Air compressibility is known to yield lower pneumatic performance for real seas compared to Froude scale extrapolated model test results. Other researchers have investigated this issue using 3D numerical codes and have found an overestimation of about 12% for a typical OWC PTO. Therefore, this simple calibration can be applied to performance evaluation by reducing pneumatic power extrapolation results. However, it is also known that the efficiency decrease is a function of the air compressible volume. Since the OWC of the new concept of the present invention raises the chamber water surface altitude higher, the chamber air volume is consequently reduced. However, it is possible that the 12% estimate of the scaling error is rather extreme, as this concept involves only rarefaction and not compressibility. Also, a conservative flow coefficient of 0.6 (instead of the bounded 0.691) is considered a sufficiently conservative estimate to compensate for any scaling problems in this case.

터빈 효율 (평균 77.5%) 및 95%의 가정된 전기 변환 효율과 결합된 (이전 부분에서 설명된 바와 같은) 이 새로운 기술의 향상된 공압 동력 생산은 이전 양방향 OWC와 비교하여 현저한 출력 향상을 가져온다. 킹 아일랜드 현장에서의 측정된 파도의 상태와 함께 고려될 때, 파일럿 플랜트 프로젝트는 (1MW 최고 단위(peak unit)에 대하여 47.2%의 용량 지수를 암시하는) 472kW의 평균 동력 출력을 나타낼 것으로 예상된다. 연간 8,500 시간의 운영 상의 가정을 고려해 볼 때, 이는 4GWh 이상의 연간 에너지 생산을 가져올 것이다.The improved pneumatic power production of this new technology (as described in the previous section) combined with turbine efficiency (average 77.5%) and assumed electrical conversion efficiency of 95% results in a significant power increase compared to previous bi-directional OWCs. When considered with measured wave conditions at the King Island site, the pilot plant project is expected to exhibit an average power output of 472 kW (implying a capacity factor of 47.2% for a 1 MW peak unit). Given an operational assumption of 8,500 hours per year, this would result in an annual energy production of over 4 GWh.

시스템의 와이어 대 파도 (Wave to Wire) 효율은 흔히 "출력 동력(power out)을 입력 동력(power in)으로 나눈 값"으로 설명된다. 제안된 킹 아일랜드 파일럿 플랜트 장치의 평균 "출력 동력"은 이미 472kW로 추산되고 있다 (위의 내용 참조). "입력 동력"은 평균 입사 파랑 에너지 밀도 (파정의 미터 당 kW)에 장치의 폭(미터)을 곱한 값으로서 정의된다. 킹 아일랜드 현장에서의 파도 상태의 자세한 평가는 52.87 kW/m의 평균 입사 파랑 에너지 밀도를 나타내고 있다. 20미터의 장치 폭을 곱하는 것은 1057kW의 WSE 장치 ("입력 동력(power in)")로 들어오는 평균 파력을 시사한다. 따라서 WSE 장치의 파도 대 와이어 효율은 44.6%로 추정된다.The wave to wire efficiency of a system is often described as “power out divided by power in”. The average “output power” of the proposed King Island pilot plant units has already been estimated at 472 kW (see above). "Input power" is defined as the average incident wave energy density (kW per meter of wave crest) multiplied by the width of the device in meters. A detailed assessment of wave conditions at the King Island site revealed an average incident wave energy density of 52.87 kW/m. Multiplying the unit width of 20 meters gives an average wave power coming into the WSE unit ("power in") of 1057 kW. Therefore, the wave-to-wire efficiency of the WSE device is estimated to be 44.6%.

프로젝트의 예상된 전체 생애 주기 비용과 조합된 이 수준의 에너지 생산은 kWh 당 미화 0.13 달러의, 이 일회성 상용 프로젝트에 대한 표준 에너지 비용 (LCOE)을 나타낸다. 동일한 기술을 사용하는 25MW 이상의 다중-유닛 프로젝트에 대한 직접적인 규모의 경제는 kWh 당 미화 0.07 달러 이하의 LCOE를 나타낸다.This level of energy production, combined with the project's projected full life cycle cost, represents a Standard Energy Cost (LCOE) for this one-time commercial project of US$0.13 per kWh. Direct economies of scale for multi-unit projects over 25 MW using the same technology represent an LCOE of less than US$0.07 per kWh.

결론conclusion

새로운 혁신 기술을 포함하는 OWC 기술의 세부 사항이 제시되고 있다. 이 기술은 효율적인 단방향 공기 터빈과 함께 사용하기 위해 OWC의 공기 정류 문제를 다룬다. 맞춤형 기하학적 변형과 조합된 정류(rectification) 시스템을 규칙 및 불규칙 파도 모두에서 모델 규모로 테스트하였다. 불규칙한 바다에서의 성능 결과는 83%의 최대 공압 효율을 산출하였다. 규칙 파도에서, 최고 공압 변환 효율이 100%를 초과하는 것으로 밝혀졌다. 이는 국부적인 파도 필드의 변형을 야기하는 밀려오는 파도와의 장치의 공명 때문이었다. 이 현상은 장치가 OWC의 앞면에 자연적으로 입사하는 것보다 더 많은 에너지를 뽑아내는 것을 야기한다. Details of OWC technology, including new innovations, are presented. This technology addresses OWC's air rectification problem for use with efficient unidirectional air turbines. The rectification system combined with tailored geometric transformations was tested at model scale in both regular and irregular waves. Performance results in irregular seas yielded a maximum pneumatic efficiency of 83%. In regular waves, the highest pneumatic conversion efficiencies were found to exceed 100%. This was due to the device's resonance with the surging waves causing deformation of the local wave field. This phenomenon causes the device to extract more energy than is naturally incident on the face of the OWC.

새로운 개념의 OWC 장치의 변환 효율의 이 향상의 최종적인 결과는 에너지 생성 비용의 상응하는 감소이다. 킹 아일랜드의 파도 상태와 유사한 파도의 상태를 갖는 위치에서의 다중 유닛 파랑 에너지 프로젝트에 대하여, 엄격한 재무 분석은 약 미화 0.07 달러의 LCOE를 제안한다. 이는 상용화 단계의 초기에서의 에너지 기술로써는 예외적이다. 학습 곡선 연구는 이 LCOE가 향후 10년 동안 더 떨어질 것을 보여주고 있다.The net result of this improvement in the conversion efficiency of the new concept OWC device is a corresponding reduction in energy generation costs. For a multi-unit wave energy project at a location with wave conditions similar to those of King Island, rigorous financial analysis suggests an LCOE of approximately US$0.07. This is exceptional as an energy technology in the early stage of commercialization. Learning curve studies show that this LCOE will fall further over the next decade.

본 명세서에 개시된 장치는 이전의 OWC 기술뿐만 아니라 일반적인 발전 장치에 비해 많은 이점을 갖고 있다:The device disclosed herein has many advantages over previous OWC technologies as well as conventional power generation devices:

- 본 장치는 (터빈 감쇠 특성을 OWC에 맞추는) 입사 파도 필드와 공진을 이루도록 작동될 수 있다;- the device can be operated in resonance with the incident wave field (fitting the turbine damping characteristics to the OWC);

- 컬럼/덕트 치수는 OWC 구조체의 최적의 유체 역학 변환 효율 (가능한 입사 파도 필드에 대한 현장 특유의 OWC 설계)을 갖고 설계될 수 있다;- column/duct dimensions can be designed with optimal hydrodynamic conversion efficiency of the OWC structure (site-specific OWC design for possible incident wave fields);

- 예상 압력/흐름 특성에 대한 터빈 성능/효율 또한 최적화될 수 있다;- Turbine performance/efficiency for expected pressure/flow characteristics can also be optimized;

- 본 장치는 밸브를 차단함으로써 손상을 방지하기 위해 폭풍 상태에서 기계적으로 분리될 수 있다. 강건한 구조 때문에 장치는 폭풍 속에서는 날아가지 않을 것이다;- The unit can be mechanically disconnected in storm conditions to prevent damage by shutting off the valve. Because of its robust construction, the device will not be blown away in a storm;

- 진동수주(OWC) 장치의 실험 성능은 넓은 범위의 파도 빈도에서 매우 우수한 에너지 수확 능력을 보여 주었으며 이전의 양방향 OWC와 비교하여 현저한 출력의 개선을 제공하였다;- Experimental performance of the OWC device showed very good energy harvesting capability over a wide range of wave frequencies and provided a significant improvement in power compared to previous bi-directional OWCs;

- 파도의 작용 훨씬 위에 안전하게 위치되고 콘크리트 케이슨에 의하여 폭풍우로부터 보호되어 극한 조건을 견뎌 낼 수 있는 보다 간단하고 더욱 효율적인 단방향 공기 터빈. 예시적인 장치는 크기가 20미터×20미터일 것이며, 높이는 18미터이다. 이 중에서, 8미터만이 흘수선 위로 돌출되어 있다. 발전 유닛은 일반적으로 해안에서 약간 떨어져 수심 10 미터에 위치될 것이다.- Simpler and more efficient one-way air turbines, safely positioned well above the action of the waves and protected from storms by concrete caissons, capable of withstanding extreme conditions. An exemplary device would be 20 meters by 20 meters in size and 18 meters in height. Of these, only 8 meters protrude above the waterline. The generating units will generally be located some distance from the shore in a depth of 10 meters.

- 연안 파랑 에너지 변환기의 팜(farm; 또는 어레이)이 사용될 수 있다는 점이 예상된다. 이 장치를 해안 방파제 (또는 방조제)로 이용함으로써 지역 사회 및 산업 모두를 위하여 동력 및 보호되고 있는 항구를 제공하면서 또한 상당한 비용 분담 및 절감 가능성을 실현한다.- It is envisaged that a farm (or array) of offshore wave energy converters may be used. Using this unit as a coastal breakwater (or breakwater) provides a powered and protected harbor for both community and industry while also realizing significant cost-sharing and savings potential.

- 전체 기술 내에서 움직이는 부품은 단지 터빈과 일부 간단한 기성 제품 밸브이며, 이 모두는 흘수선 훨씬 위에 있다. 물 속 또는 물 아래에서 움직이는 부품은 없다. 이는 유지 보수가 바다 아주 위의 접근하기 쉬운 지역에서만 수행될 필요가 있다는 것을 의미한다. 많은 다른 파력 에너지 장치의 작동은 수중에서 일어나며, 이는 장치를 염수의 부식 및 손상 효과에 노출된 체로 두게 하고 장치를 유지 또는 수리하기 어렵게 만든다. 터빈과 발전기는 흘수선 위에 유지되며, 이는 유지 보수가 적으며 스쿠버 장비의 필요없이 임의의 정비가 수행될 수 있다는 것을 의미한다.- The moving parts within the overall technology are just a turbine and some simple off-the-shelf valves, all well above the waterline. There are no moving parts in or under water. This means that maintenance only needs to be carried out in accessible areas far above the sea. The operation of many other wave energy devices takes place underwater, which leaves the device exposed to the corrosive and damaging effects of salt water and makes the device difficult to maintain or repair. The turbine and generator are kept above the waterline, meaning they are low-maintenance and any maintenance can be done without the need for scuba equipment.

- 수중에서 이동하는 부품이 없기 때문에 이 장치는 해양 생물의 상해를 방지한다. 기름이나 오염 물질이 유출될 수 없다.- As there are no moving parts underwater, the device prevents injury to marine life. No oil or contaminants can spill.

- 파랑의 신뢰성과 예측 가능성은 태양열 및 풍력에 비해 큰 이점이다. 예를 들어, 많은 기상 및 서핑 웹 사이트는 일주일 전에 미리 파도 조건을 정확하게 예측한다- 따라서 이 재생 가능한 소스는 보완적인 기저 부하 동력으로 간주될 수 있다.- The reliability and predictability of waves is a huge advantage over solar and wind power. For example, many weather and surfing websites accurately predict wave conditions a week in advance - so this renewable source can be considered a supplemental baseload power source.

특정 실시예의 전술한 설명에서, 명확함의 목적을 위하여 특정 용어가 사용되었다. 그러나, 본 발명은 이렇게 선택된 특정 용어에 제한되는 것으로 의도되지 않으며, 각 특정 용어는 유사한 기술적 목적을 달성하기 위해 유사한 방식으로 작동하는 다른 기술적 등가물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. "상부" 및 "하부", "위" 및 "아래" 등과 같은 용어는 참조점을 제공하기 위한 편의의 단어로서 사용되며, 제한적 용어로 해석되어서는 안된다.In the foregoing description of specific embodiments, specific terminology has been used for purposes of clarity. However, the present invention is not intended to be limited to the specific terms so selected, and each specific term should be understood to include other technical equivalents operating in a similar manner to achieve a similar technical purpose. Terms such as “upper” and “lower”, “above” and “below” are used as words of convenience to provide a point of reference and should not be construed as limiting terms.

본 명세서에서, 단어 "구성되어 있는"은 그의 "개방된" 의미에서, 즉 "포함하고 있는"의 의미에서 이해되어야 하며, 따라서 그의 "폐쇄적인" 의미, 즉 "단지 ~ 로 이루어진"의 의미로 제한되어서는 안된다. 대응하는 의미는 대응하는 단어 "포함하다", "포함되다" 및 "포함하고 있다"가 나타나는 경우에 이들에 기인한다.In this specification, the word "consisting of" is to be understood in its "open" sense, ie in the sense of "comprising", and therefore in its "closed" sense, ie in the sense of "consisting only of". should not be limited Corresponding meanings are attributed to the corresponding words "comprises", "includes" and "includes" when they appear.

앞선 설명은 공통적인 특성 및 특징부를 공유할 수 있는 몇몇 실시예와 관련하여 제공된다. 임의의 한 실시예의 하나 이상의 특징부가 다른 실시예의 하나 이상의 특징부와 조합 가능할 수 있다는 점이 이해되어야 한다. 또한, 임의의 실시예의 임의의 단일 특징부 또는 특징부들의 조합은 부가적인 실시예를 구성할 수 있다.The foregoing description is presented in relation to several embodiments that may share common characteristics and features. It should be understood that one or more features of any one embodiment may be combinable with one or more features of any other embodiment. Also, any single feature or combination of features of any embodiment may constitute an additional embodiment.

또한, 전술한 설명은 단지 본 발명의 일부 실시예를 설명하고 있으며, 개시된 실시예의 범위 및 사상을 벗어나지 않고 변경, 수정, 추가 및/또는 변형이 그에 대하여 이루어질 수 있고, 실시예는 예시적이며 제한적이지 않다. 예를 들어, 도면에 나타나 있는 특정 L자 형태의 덕트(10)는 다를 수 있으면서, 2개의 도관(12, 14)은 반드시 서로 직교하지 않는다. 밸브(38)들은 그의 크기, 형상 및 총 개수가 상이할 수 있다. 임의의 특정 덕트(10) 상에 하나 이상의 터빈(44)이 있을 수 있으며, 이들은 다른 수단에 의하여 (예를 들어, 파이프를 통하여) 제2 도관(14)의 최상부 영역(36)에 수용되고 연결될 수 있다. 덕트(10)의 구성 물질은 전형적으로 콘크리트로 이루어지지만, 경질 플라스틱 또는 탄소 섬유와 같은 다른 재료일 수도 있으며, 해안에서 암반(18)에 고정될 수 있다. 바다 또는 대양으로부터의 파도 생성에 대한 언급이 이루어져 있으나, 파도 생성은 또한 호수, 강 및 조수 웅덩이로부터 발생할 수 있으며, 이 모두는 본 방법 및 장치를 사용하기에 적합하다.In addition, the foregoing description merely describes some embodiments of the present invention, and changes, modifications, additions and/or variations may be made thereto without departing from the scope and spirit of the disclosed embodiments, the embodiments being illustrative and limiting. It is not. For example, while the particular L-shaped duct 10 shown in the drawings may be different, the two conduits 12 and 14 are not necessarily orthogonal to each other. The valves 38 may differ in their size, shape and total number. There may be one or more turbines 44 on any particular duct 10, which may be received and connected to the uppermost region 36 of the second conduit 14 by other means (eg, via a pipe). can The material of construction of the duct 10 is typically made of concrete, but may be other materials such as hard plastic or carbon fiber, and may be anchored to the rock 18 at the shore. Although reference is made to wave generation from seas or oceans, wave generation can also occur from lakes, rivers and tidal pools, all of which are suitable for use with the method and apparatus.

또한, 본 발명은 현재 가장 실용적이고 바람직한 실시예로 간주되는 것과 관련하여 설명되었으며, 본 발명은 개시된 실시예에 한정되지 않으며 반대로 본 발명의 사상 및 범위 내에 포함된 다양한 변형 및 균등한 장치를 포함하도록 의도된다는 것이 이해되어야 한다. 또한, 위에서 설명된 다양한 실시예는 다른 실시예와 함께 실행될 수 있으며, 예를 들어 한 실시예의 양태는 다른 실시예의 양태와 조합하여 또 다른 실시예를 구현할 수 있다. 또한, 임의의 주어진 조립체의 각 독립적인 특징부 또는 구성 요소는 부가적인 실시예를 구성할 수 있다.Further, while the present invention has been described in relation to what is presently considered to be the most practical and preferred embodiment, the present invention is not limited to the disclosed embodiments, but is intended to cover various modifications and equivalent arrangements included within the spirit and scope of the present invention. It should be understood that this is intended. Further, various embodiments described above may be implemented in conjunction with other embodiments, for example, aspects of one embodiment may be combined with aspects of another embodiment to implement another embodiment. Additionally, each independent feature or component of any given assembly may constitute an additional embodiment.

Claims (44)

진동 작동 유체로부터 에너지를 추출하기 위한 장치로서, 상기 작동 유체를 위한 유로 및 상기 유로와 각각 직접 유체 연통되어 있는 터빈과 흐름 제어 장치를 포함하며, 사용시, 상기 흐름 제어 장치는 상기 흐름 제어 장치가 개방되어 상기 작동 유체의 흐름이 상기 흐름 제어 장치를 통하여 상기 유로를 나가는 것을 허용하는 제1 구성과, 상기 흐름 제어 장치가 상기 흐름 제어 장치를 통한 상기 작동 유체의 흐름을 제한하여 상기 작동 유체가 상기 터빈을 통하여 유로로 들어가는 제2 구성 사이에서 선택적으로 이동 가능한, 장치.A device for extracting energy from a vibrating working fluid, comprising a flow path for the working fluid and a turbine in direct fluid communication with the flow path, respectively, and a flow control device, wherein, in use, the flow control device opens the flow control device. and allowing the flow of the working fluid to exit the flow path through the flow control device; device that is selectively movable between a second configuration entering the flow path through the 제1항에 있어서,
상기 흐름 제어 장치는 상기 진동 작동 유체의 압력 및/또는 흐름 방향의 변화에 응답하여 상기 유로에 대한 접근 구성을 변화시키는, 장치.
According to claim 1,
wherein the flow control device changes the configuration of access to the flow path in response to changes in pressure and/or flow direction of the vibrating working fluid.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 흐름 제어 장치는 상기 제2 구성에서 상기 터빈을 통해서만 작동 유체의 흐름을 용이하게 하기 위하여 완전히 폐쇄 가능한, 장치.
According to claim 1 or 2,
wherein the flow control device is completely closable to facilitate flow of working fluid only through the turbine in the second configuration.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 흐름 제어 장치에는 제어 메커니즘이 장착되어 있어 상기 제1 구성과 상기 제2 구성 사이에서 그의 이동을 제어하는, 장치.
According to any one of claims 1 to 3,
wherein the flow control device is equipped with a control mechanism to control its movement between the first configuration and the second configuration.
제4항에 있어서,
상기 흐름 제어 장치는 상기 제어 메커니즘에 의하여 이동 가능하여 상기 작동 유체의 흐름에 대하여 개방 및 폐쇄되는 요소를 갖고 있는, 장치.
According to claim 4,
wherein the flow control device has an element movable by the control mechanism to open and close with respect to the flow of the working fluid.
제5항에 있어서,
상기 요소는 힌지식으로, 슬라이딩 가능하게 또는 회전 가능하게 이동 가능한 것 중 하나이며, 상기 흐름 제어 장치의 횡단면 개방 통로를 덮는 형상인, 장치.
According to claim 5,
wherein the element is either hingedly, slidably or rotatably movable and shaped to cover the cross-sectional open passage of the flow control device.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 흐름 제어 장치는 버터플라이 밸브 또는 체크 밸브 중 하나인, 장치.
According to any one of claims 1 to 6,
wherein the flow control device is either a butterfly valve or a check valve.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 터빈은 중앙 허브를 포함하는 로터 및 상기 허브의 주변부 주위에 배열되고 주변부로부터 연장된 다수의 블레이드를 포함하며, 상기 로터는 상기 유로에 연결된 하우징 내에 배치되어 있고, 그에 의하여 상기 블레이드의 형상 및 상기 허브에 관한 그의 방향은 상기 하우징을 통한 작동 유체의 단방향의 축 방향 흐름에 응답하여 상기 터빈 로터의 단방향 회전을 용이하게 하는, 장치.
According to any one of claims 1 to 7,
The turbine includes a rotor including a central hub and a plurality of blades arranged around and extending from the periphery of the hub, the rotor being disposed in a housing connected to the flow path, whereby the shape of the blades and the and its orientation relative to the hub facilitates unidirectional rotation of the turbine rotor in response to a unidirectional axial flow of working fluid through the housing.
제8항에 있어서,
발전기는 상기 터빈에 의한 회전을 위하여 구성되어 전기 에너지를 생성하는, 장치.
According to claim 8,
wherein a generator is configured for rotation by the turbine to produce electrical energy.
제9항에 있어서,
구동 샤프트는 그의 근위 말단에서 상기 허브에 연결되어 있으며, 그의 원위 말단에서 상기 발전기에 연결되어 있는, 장치.
According to claim 9,
A drive shaft is connected at its proximal end to the hub and at its distal end to the generator.
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 작동 유체는 공기이며, 공기의 흐름은 상기 유로와 유체 연통되고 덕트 내에 위치된 진동수주의 진동에 의하여 생성되는, 장치.
According to any one of claims 1 to 10,
wherein the working fluid is air, and a flow of air is created by vibration of a frequency column located in the duct and in fluid communication with the flow path.
제11항에 있어서,
상기 덕트는,
A. 사용시 상기 덕트가 위치되는 수역의 평균 수면(MSL) 아래에 실질적으로 잠기도록 배열되어 있으며, 상기 수역으로부터의 밀려오는 파도를 수용하기 위하여 배열된 개구를 갖고 있는 제1부분, 및
B. 상기 제1 부분에 매달려 있으며, 사용시 상기 MSL 위로 연장되도록 배열되고, 파도가 상기 제1 부분을 통하여 흐른 후 밀려오는 파도로부터의 물을 수용하기 위한 제2 부분을 포함하며,
상기 유로는 파도가 상기 제1 부분을 통하여 흐른 후 상기 밀려오는 파도로부터 수용된 물의 최대 수위 위로 연장되는 제2 부분의 영역에 의하여 한정되는, 장치.
According to claim 11,
The duct is
A. a first portion, in use, arranged so as to be submerged substantially below the Mean Water Level (MSL) of the body of water in which the duct is located, and having an opening arranged to receive surging waves from the body of water; and
B. a second portion suspended from the first portion and arranged to extend above the MSL when in use, for receiving water from surf after a wave has flowed through the first portion;
wherein the flow path is defined by an area of a second portion extending above a maximum level of water received from the surf after a wave has flowed through the first portion.
제12항에 있어서,
상기 덕트의 상기 제1 및 제2 부분은 상기 제1 및 제2 부분 중간의 흐름 방향 제어 세그먼트를 통하여 연결되어 있으며, 상기 흐름 방향 제어 세그먼트는 상기 제1 및 제2 부분의 접합부에 배열되고 상기 제1 및 제2 부분 사이에서 연장된 평면형 경사 부분에 의하여 한정되는, 장치.
According to claim 12,
The first and second parts of the duct are connected through a flow direction control segment intermediate the first and second parts, the flow direction control segment being arranged at the junction of the first and second parts and the first and second parts. Device defined by a planar inclined portion extending between the first and second portions.
제12항 또는 제13항에 있어서,
상기 덕트의 상기 제1 및 제2 부분은 대체로 세장형 도관이며, 상기 제1 부분은 상기 제2 부분의 횡단면적보다 큰 횡단면적을 갖고 있는, 장치.
According to claim 12 or 13,
wherein the first and second portions of the duct are generally elongate conduits, the first portion having a cross-sectional area greater than the cross-sectional area of the second portion.
제14항에 있어서,
상기 제1 부분의 상기 개구에서의 횡단면적은 상기 제1 부분의 나머지 부분보다 큰 횡단면적이며, 상기 유역에서 상기 도관으로의 밀려오는 파도의 흐름을 가속하기 위하여, 상기 도관은 상기 개구에서의 외부 진입 마우스 영역에서 상기 제2 부분을 향하는 방향으로 이동할 때 횡단면적이 줄어드는, 장치.
According to claim 14,
A cross-sectional area at the opening of the first portion is a larger cross-sectional area than the rest of the first portion, so as to accelerate the flow of the surf from the watershed to the conduit, the conduit may be formed outside the opening at the opening. wherein the cross-sectional area decreases when moving in a direction from the entry mouse area toward the second portion.
제15항에 있어서,
상기 수역으로부터 상기 덕트 내로의 밀려오는 파도의 더 큰 흐름을 포획하기 위하여, 상기 제1 부분의 상기 외부 진입 마우스 영역은 사용시 덕트가 위치된 수역의 MSL 위로 연장되도록 배열되어 있는, 장치.
According to claim 15,
wherein the external entry mouse area of the first part is arranged to, in use, extend above the MSL of the body of water in which the duct is located, so as to capture a larger flow of surging waves from the body of water into the duct.
제12항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 덕트는 상기 덕트가 배치된 수역의 해저 상에 놓이도록 작동 가능한, 장치.
According to any one of claims 12 to 16,
wherein the duct is operable to lie on the seabed of a body of water in which the duct is disposed.
파랑 에너지 추출 시스템으로서,
a. 진동수주를 수용하기 위한 것으로서,
i. 사용시 덕트가 위치되는 수역의 평균 수면(MSL) 아래에 실질적으로 잠기도록 배열되어 있으며, 상기 수역으로부터의 밀려오는 파도를 수용하기 위하여 배열된 개구를 갖고 있는 제1부분, 및
ⅱ. 상기 제1 부분에 매달려 있고 사용시 상기 MSL 위로 연장되도록 배열되며, 파도가 상기 제1 부분을 통하여 흐른 후 밀려오는 파도로부터의 물을 수용하기 위한 제2 부분을 포함하며,
따라서 사용시 안으로 그리고 밖으로의 물의 반복 이동의 결과로서 진동수주가 내부에 구축되며, 밖으로의 물의 흐름이 또한 개구를 통해서, 그러나 밀려오는 파도의 방향과 반대의 방향으로 이루어지는, 적어도 하나의 덕트;
b. 상기 덕트의 상기 제2 부분 내에 위치된 유로와 직접 유체 연통된 회전 가능한 공기 터빈; 및
c. 상기 유로와 또한 직접 유체 연통된 적어도 하나의 흐름 제어 장치를 포함하며,
상기 흐름 제어 장치는 사용시, 상기 장치가 개방되어 상기 진동수주가 상기 덕트의 상기 제2 부분 내로 수용될 때 변위 공기의 흐름이 상기 유로를 나가는 것을 허용하는 제1 구성과 상기 장치가 상기 제2 부분으로 흐르는 공기를 제한하는 제2 구성 사이를 이동하도록 배열되며, 그 결과 상기 진동수주가 상기 덕트에서 상기 반대 방향으로 흘러나옴에 따라 공기의 흐름은 상기 회전 가능한 공기 터빈을 통하여 상기 유로 내로 다시 흡인되는, 시스템.
As a blue energy extraction system,
a. As for accommodating the vibrational order,
i. a first portion, in use, arranged so as to be submerged substantially below the Mean Water Level (MSL) of a body of water in which the duct is located, and having an opening arranged to receive surging waves from said body of water; and
ii. a second portion suspended from the first portion and arranged to extend above the MSL when in use, for receiving water from a surf after a wave has flowed through the first portion;
Thus, in use, at least one duct, in which a frequency column is built up inside as a result of the repeated movement of water in and out, and the flow of water out is also made through the opening, but in a direction opposite to the direction of the surf;
b. a rotatable air turbine in direct fluid communication with a flow path located within said second portion of said duct; and
c. at least one flow control device also in direct fluid communication with the flow path;
The flow control device, when in use, has a first configuration that permits a flow of displacement air to exit the flow path when the device is opened and the frequency column is received into the second portion of the duct, and the device is directed to the second portion. arranged to move between a second configuration restricting air flow, so that as the frequency column flows out of the duct in the opposite direction, a flow of air is drawn back into the flow path through the rotatable air turbine. .
제18항에 있어서,
상기 흐름 제어 장치는 상기 진동 작동 유체의 압력 및/또는 흐름 방향의 변화에 응답하여 상기 제2 부분에 대한 접근 구성을 변화시키는, 시스템.
According to claim 18,
wherein the flow control device changes the configuration of access to the second portion in response to changes in pressure and/or flow direction of the vibrating working fluid.
제18항 또는 제19항에 있어서,
상기 터빈에 의한 회전을 위하여 구성되어 전기 에너지를 생성하는 발전기를 더 포함하는, 시스템.
The method of claim 18 or 19,
and a generator configured for rotation by the turbine to generate electrical energy.
제20항에 있어서,
상기 터빈은 중앙 허브를 포함하는 로터 및 상기 허브의 주변부 주위에 배열되고 주변부로부터 연장된 다수의 블레이드를 포함하고, 상기 로터는 상기 제2 부분에 연결된 유로 내에 배치되며, 그에 의하여 상기 블레이드의 형상 및 상기 허브에 관한 그의 방향은 상기 유로를 통한 상기 제2 부분으로의 축 방향 공기 흐름에 응답하여 상기 터빈 로터의 단방향 회전을 용이하게 하는, 시스템.
According to claim 20,
The turbine includes a rotor comprising a central hub and a plurality of blades arranged around and extending from the periphery of the hub, the rotor being disposed in a flow path connected to the second portion, whereby the shape and shape of the blades and and its orientation relative to the hub facilitates one-way rotation of the turbine rotor in response to axial airflow through the flow path to the second portion.
제21항에 있어서,
구동 샤프트는 그의 근위 말단에서 상기 허브에 연결되어 있으며, 그의 원위 말단에서 상기 발전기에 연결되어 있는, 시스템.
According to claim 21,
A drive shaft is connected at its proximal end to the hub and at its distal end to the generator.
제18항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서,
사용시 상기 진동수주의 빈도는 상기 제1 및 제2 구성 사이에서의 하나 이상의 상기 흐름 제어 장치(들)의 선택적인 이동에 의하여, 상기 MSL 위로 연장되는 상기 제2 부분의 표면적의 비율로서의 상기 흐름 제어 장치(들)의 횡단면적을 변경함으로써 달라질 수 있는, 시스템.
The method of any one of claims 18 to 22,
In use, the frequency of the frequency column is determined by selective movement of one or more of the flow control device(s) between the first and second configurations, as a percentage of the surface area of the second portion extending over the MSL. A system that can be varied by changing the cross-sectional area of (s).
제23항에 있어서,
상기 MSL 위로 연장되는 상기 제2 부분의 표면적의 비율로서의 상기 흐름 제어 장치(들)의 횡단면적은 15% 미만으로 정해진, 시스템.
According to claim 23,
wherein the cross-sectional area of the flow control device(s) as a percentage of the surface area of the second portion extending above the MSL is determined to be less than 15%.
제24항에 있어서,
상기 비율은 10% 미만이 되도록 정해진, 시스템.
According to claim 24,
wherein the ratio is set to be less than 10%.
제18항 내지 제24항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 시스템은 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에서 한정된 장치를 포함하는, 시스템.
The method of any one of claims 18 to 24,
18. A system comprising a device as defined in any one of claims 1-17.
진동수주와 유체 연통하는 수역으로부터의 밀려오는 그리고 빠져나가는 파도의 빈도에 실질적으로 대응하도록 진동수주 내에서의 물의 이동의 빈도를 제어하는 방법으로서,
a. 상기 진동수주를 수용하기 위하여 덕트를 배열하는 단계, 여기서 덕트는,
i. 사용시 위치되는 수역의 평균 수면(MSL) 아래에 실질적으로 잠기도록 배열되어 있으며, 상기 수역으로부터의 밀려오는 파도를 수용하기 위하여 배열된 개구를 갖고 있는 제1부분, 및
ⅱ. 상기 제1 부분에 매달려 있고 사용시 상기 MSL 위로 연장되도록 배열되며, 파도가 상기 제1 부분을 통하여 흐른 후 밀려오는 파도로부터의 물을 수용하기 위한 제2 부분을 포함하여,
사용시 상기 덕트 안으로 그리고 밖으로의 물의 반복 이동의 결과로서 상기 진동수주가 상기 덕트 내에 구축되며, 상기 밖으로의 물의 흐름이 또한 개구를 통해서, 그러나 밀려오는 파도의 방향과 반대의 방향으로 이루어지며;
b. 상기 MSL 위로 연장되는 상기 덕트의 상기 제2 부분의 내부에서 유로와 직접 유체 연통되는 적어도 하나의 흐름 제어 장치의 구성을 변화시키는 단계를 포함하며,
상기 장치(들)는 사용시, 상기 장치가 개방되어 상기 진동수주가 상기 덕트의 내로 수용되고 있을 때 변위 공기의 흐름이 상기 유로를 나가는 것을 허용하는 제1 구성과 상기 장치가 상기 장치를 통하여 상기 제2 부분 내의 상기 유로로 흐르는 공기를 제한하는 제2 구성 사이를 이동하도록 배열되며,
따라서 상기 덕트로 흐르고 덕트에서 흘러나오는 진동수주의 빈도가 상기 수역으로부터의 밀려오는 그리고 빠져나가는 파도의 빈도와 실질적으로 대응하는, 방법.
A method of controlling the frequency of movement of water within a water column to substantially correspond to the frequency of incoming and outgoing waves from a body of water in fluid communication with the water column, comprising:
a. Arranging a duct to accommodate the frequency column, wherein the duct,
i. a first portion, in use, arranged to be submerged substantially below the mean water level (MSL) of a body of water in which it is located, and having an opening arranged to receive surging waves from said body of water; and
ii. a second portion suspended from the first portion and arranged to extend above the MSL when in use, for receiving water from a surf after a wave has flowed through the first portion;
In use, the frequency column is built up in the duct as a result of the repeated movement of water into and out of the duct, and the flow of the water out is also through the opening, but in a direction opposite to that of the surf;
b. changing the configuration of at least one flow control device in direct fluid communication with the flow path inside the second portion of the duct extending above the MSL;
The device(s), in use, has a first configuration allowing a flow of displacement air to exit the flow path when the device is open and the frequency column is being received into the duct, and the device passes through the device to the second configuration. arranged to move between a second configuration restricting air flow to said flow path within the section;
Thus, the frequency of the oscillatory waves flowing into and out of the duct substantially corresponds to the frequency of the incoming and outgoing waves from the body of water.
제27항에 있어서,
밀려오는 그리고 빠져나가는 파도의 빈도 변화에 응답하여 적어도 하나의 흐름 제어 장치(들)의 구성을, 제어 메커니즘을 이용하여 연속적으로 조정하는 단계를 더 포함하는, 방법.
The method of claim 27,
and continuously adjusting, using the control mechanism, a configuration of the at least one flow control device(s) in response to changes in frequency of incoming and outgoing waves.
제28항에 있어서,
사용시 상기 제어 메커니즘은 상기 흐름 제어 장치(들) 중 하나 이상을 상기 제1 구성과 상기 제2 구성 사이에서 선택적으로 이동시키는, 방법.
According to claim 28,
wherein, in use, the control mechanism selectively moves one or more of the flow control device(s) between the first configuration and the second configuration.
제29항에 있어서,
상기 덕트, 상기 흐름 제어 장치 및 상기 제어 메커니즘은 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에서 한정된 것과 같은, 방법.
According to claim 29,
The duct, the flow control device and the control mechanism are as defined in any one of claims 1 to 17.
진동수주를 수용하기 위한 덕트로서,
A. 사용시 위치되는 수역의 평균 수면(MSL) 아래에 실질적으로 잠기도록 배열되어 있으며, 상기 수역으로부터의 밀려오는 파도를 수용하기 위하여 배열된 개구를 갖고 있는 도관을 포함하는 제1부분, 및
B. 상기 제1 부분에 매달려 있고 사용시 상기 MSL 위로 연장되도록 배열된 다른 도관을 더 포함하고 파도가 상기 제1 부분을 통하여 흐른 후 밀려오는 파도로부터의 물을 수용하기 위한 제2 부분을 포함하며,
상기 수역으로부터 안으로의 밀려오는 파도의 더 큰 흐름을 포획하기 위하여, 상기 제1 부분의 개구에서의 진입 마우스는 사용시 위치되는 수역의 MSL 위로 부분적으로 연장되도록 배열되어 있는, 덕트.
As a duct for accommodating the vibration column,
A. a first portion comprising a conduit arranged to be substantially submerged below the Mean Water Level (MSL) of a body of water in which it is in use and having an opening arranged to receive surging waves from said body of water; and
B. a second portion, further comprising another conduit suspended from the first portion and arranged to extend above the MSL when in use, for receiving water from surf after a wave has flowed through the first portion;
wherein the entry mouse at the opening of the first portion is arranged to extend partially above the MSL of the body of water in which it is positioned, in order to catch a larger flow of surging waves inward from the body of water.
제31항에 있어서,
상기 제1 부분은 상기 개구에서 상기 제1 부분의 나머지 부분보다 큰 횡단면적을 갖고 있으며, 상기 유역에서 상기 덕트로의 밀려오는 파도의 흐름을 가속하기 위하여, 상기 도관은 상기 개구에서의 상기 진입 마우스 영역에서 상기 제2 부분을 향하는 방향으로 이동할 때 횡단면적이 줄어드는, 덕트.
According to claim 31,
The first portion has a larger cross-sectional area at the opening than the rest of the first portion, and the conduit is provided with the entry mouse at the opening to accelerate the flow of the surf from the watershed to the duct. and wherein the cross-sectional area decreases when moving in a direction toward the second portion in the region.
제31항 또는 제32항에 있어서,
상기 제1 부분의 상기 진입 마우스의 최상부와 최외측 영역은 사용시 수역의 MSL 위로 부분적으로 연장되도록 배열되어 있는, 덕트.
The method of claim 31 or 32,
wherein the uppermost and outermost regions of the entry mouth of the first portion are arranged to extend partially above the MSL of a body of water when in use.
제31항 내지 제33항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 부분의 최상부 표면은 상기 개구에서의 상기 진입 마우스로부터 상기 제2 부분을 향하는 방향으로 이동할 때 하향 경사져 있는, 덕트.
The method of any one of claims 31 to 33,
wherein the top surface of the first portion slopes downward when moving in a direction from the entry mouse at the opening toward the second portion.
제33항 내지 제36항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 덕트는 다르게는 제1항 내지 제19항 중 어느 한 항에서 한정된 것과 같은, 덕트.
The method of any one of claims 33 to 36,
A duct as otherwise defined in any one of claims 1-19.
진동 작동 유체로부터 에너지를 추출하기 위한 장치로서,
- 상기 작동 유체를 위한 유로를 한정하는 하우징;
- 상기 하우징에 배치되며, 사용시 상기 유로 내의 상기 작동 유체와 유체 연통하는 에너지 변환 유닛; 및
- 사용시, 상기 작동 유체가 상기 에너지 변환 유닛에 작용하는 능동적인 구성과 상기 작동 유체가 상기 에너지 변환 유닛을 우회하는 우회 구성 사이에서 상기 유로의 구성을 선택적으로 변화시키기 위하여 상기 유로와 유체 연통되어 있는 흐름 제어 수단을 포함하는, 장치.
A device for extracting energy from a vibrating working fluid, comprising:
- a housing defining a flow path for the working fluid;
- an energy conversion unit disposed in the housing and, when in use, in fluid communication with the working fluid in the flow passage; and
- in fluid communication with the flow path to selectively change the configuration of the flow path, in use, between an active configuration in which the working fluid acts on the energy conversion unit and a bypass configuration in which the working fluid bypasses the energy conversion unit; An apparatus comprising flow control means.
제36항에 있어서,
상기 흐름 제어 수단과 상기 에너지 변환 유닛은 연속적으로 작동하도록 구성되어 사용시 상기 작동 유체의 흐름이 상기 흐름 제어 수단을 통하여 상기 유로를 나가고 상기 작동 유체의 흐름이 상기 에너지 변환 유닛을 통하여 상기 유로로 들어가는, 장치.
37. The method of claim 36,
wherein the flow control means and the energy conversion unit are configured to operate continuously so that, in use, a flow of the working fluid exits the flow passage through the flow control means and a flow of the working fluid enters the passage through the energy conversion unit; Device.
제37항에 있어서,
상기 하우징은 바다에 인접하게 위치된 진동수주를 수용하도록 배열되어 있으며, 상기 에너지 변환 유닛에 작용하는 상기 작동 유체의 방향은 통과하는 파도의 낙하와 관련된, 장치.
38. The method of claim 37,
wherein the housing is arranged to receive a frequency column positioned adjacent to the sea, and wherein the direction of the working fluid acting on the energy conversion unit is related to the fall of a wave passing therethrough.
제36항 내지 제38항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 에너지 변환 유닛은 터빈 로터를 포함하는, 장치.
The method of any one of claims 36 to 38,
wherein the energy conversion unit comprises a turbine rotor.
제36항 내지 제39항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 장치는 다르게는 제2항 내지 제17항 중 어느 한 항에서 한정된 바와 같은, 장치.
40. The method of any one of claims 36 to 39,
18. A device as otherwise defined in any one of claims 2-17.
진동 작동 유체로부터 에너지를 추출하는 방법으로서,
(i) 상기 진동 작동 유체를 수용하기 위하여 유로를 한정하는 하우징을 파도를 갖는 수역 내에 적어도 부분적으로 위치시키는 단계;
(ⅱ) 상기 진동 작동 유체와 유체 연통되도록 에너지 변환 유닛을 배열하는 단계; 및
(ⅲ) 제1 설정 방향으로 흐를 때 상기 작동 유체가 상기 에너지 변환 유닛에 작용하는 능동적인 구성과 제2 방향으로 흐를 때 상기 작동 유체가 상기 에너지 변환 유닛을 우회하는 우회 구성 사이에서 상기 유로의 구성을 선택적으로 변화시키기 위한 흐름 제어 수단을 제공하는 단계를 포함하는, 방법.
A method of extracting energy from a vibrating working fluid comprising:
(i) positioning at least partially within a body of water having waves, a housing defining a flow path for receiving the vibratory working fluid;
(ii) arranging an energy conversion unit to be in fluid communication with the vibrational working fluid; and
(iii) a configuration of the flow path between an active configuration in which the working fluid acts on the energy conversion unit when flowing in a first set direction and a bypass configuration in which the working fluid bypasses the energy conversion unit when flowing in a second direction and providing flow control means for selectively changing .
제41항에 있어서,
상기 방법은 다르게는 제28항 내지 제30항 중 어느 한 항에서 한정된 바와 같은, 방법.
The method of claim 41 ,
A method as otherwise defined in any one of claims 28-30.
수역 내의 연안 위치에 진동 파도 컬럼 에너지 포획 장치를 위치시키기 위한 방법으로서,
(i) 자체에 부유 보조 기구가 장착되어 있는 상기 장치를 작동적으로 잠수 가능한 부유 플랫폼 상에 위치시키는 단계;
(ⅱ) 상기 플랫폼과 상기 장치를 상기 수역 상에서 부유되게 하는 단계;
(ⅲ) 상기 플랫폼과 상기 장치를 상기 수역 내의 설정 위치로 이동시키는 단계;
(ⅳ) 상기 플랫폼을 잠수되게 하여 따라서 상기 장치와 분리시키고, 그에 의하여 상기 장치를 상기 부유 보조 기구에 의하여 상기 수역에 계속 부유하게 남겨두는 단계; 및
(ⅴ) 그후 상기 장치의 의도된 작동적인 사용을 위하여 상기 설정 위치에서 상기 장치가 부분적으로 물에 잠기고 수역의 해저에 놓여질 수 있도록 상기 부유 보조 기구를 제거하는 단계를 포함하는, 방법.
A method for positioning an oscillating wave column energy capture device at an offshore location within a body of water comprising:
(i) positioning the device, which is itself equipped with a floating aid, on an operatively submersible floating platform;
(ii) causing the platform and the device to float on the body of water;
(iii) moving the platform and the device to a set position within the body of water;
(iv) submerging the platform and thus separating it from the device, thereby leaving the device afloat in the body of water by means of the flotation aid; and
(v) thereafter removing the flotation aid at the set position so that the device may be partially submerged and placed on the seabed of a body of water for intended operational use of the device.
제43항에 있어서,
상기 에너지 포획 장치는 다르게는 제1항 내지 제17항 또는 제36항 내지 제40항 중 어느 한 항에서 한정된 바와 같은, 방법.
44. The method of claim 43,
A method, wherein the energy harvesting device is otherwise as defined in any one of claims 1-17 or 36-40.
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